0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Что такое крутящий момент двигателя автомобиля формула

Мощность или момент?

В предыдущей статье был поднят вопрос выбора между дизельным и бензиновым двигателем. Теперь настал черед объяснить, что означают две самые громкие характеристики двигателя: мощность и крутящий момент.

Неопытные покупатели скорее всего даже не слышали про термин «крутящий момент», и автопроизводители делают акцент на максимальной мощности мотора, для того что бы продавать свои изделия. Знающие люди активно продвигают правило: «Лошадиные силы продают автомобили, а везет крутящий момент».

Разберемся, кто же прав.

Физика.

Вспомним школьный курс физики. Нет поводов для волнения, в статье будет всего пара коротеньких формул.

Формулы для силы и мощности:

F=m*a, где F — сила, m — масса, а — ускорение.
N=F*V где N — мощность, F — сила, V — скорость.

Проверим формулу на данных реального автомобиля:

  • Марка, модель: BMW M5 F10;
  • Максимальная мощность двигателя: 560 лс. (412 кВт.);
  • Разгон от 0-100 км/ч.: 4,3 c.;
  • Снаряженная масса: 1945 кг.

Что бы разогнать автомобиль массой 1945 кг. до 100 км/ч (27,778 м/с ) за 4,3 секунды (ускорение равно 27,778/4,3=6,46 м/с2) нам потребуется мощность: 1945*6,46*27,778=358,9 кВт. или 487,9 лс. Однако это мощность на колесах, тоесть к ней необходимо прибавить около 10% для получения мощности на маховике, что бы учесть потери в трансмиссии и навесном оборудовании. Получаем расчетную мощность 536,7 лс. Из-за непостоянства крутящего момента, а так же времени переключения передач и сопротивления воздуха фактическая максимальная мощность должна быть выше расчетной, но в целом, рассчитанное значение выглядит правдоподобно, отклонение менее 5%.

Для атмосферного автомобиля ваз 2112 мощностью 90 лс. время разгона по расчетам составляет 13,5 секунд, что вполне соответствует роликам на youtube.com.

После долгого анализа формул делаем вывод: ускорение на конкретных оборотах зависит от крутящего момента. Максимальная мощность — обобщенный показатель способности автомобиля ускоряться до конкретной скорости за определенное время или набирать заданную максимальную скорость.

Есть ли польза от формулы на практике?

Предположим, что мы выбираем себе автомобиль. Вариант А: BMW 1M, Двигатель 3 литра, 450 Нм, 340 лс.
Вариант B: BMW M135, двигатель 3 литра, 450 Нм, 326 лс.

Максимальный крутящий момент одинаков, а вот мощность различается. Неискушенный покупатель скажет, что Вариант А должен разгоняться быстрее.

Рис. 1. Графики мощности и момента BMW 1M, BMW M135, BMW 135i. Источник: http://wiki.zr.ru/Мощность_момент

Посмотрим на график мощности и момента этих двигателей с сайта http://www.nauka-avto.ru/

Два верхних графика (почти совпадающих) соответствуют нашим вариантам. Вариант А выигрывает только за счет незначительного увеличения момента (и следовательно мощности) в диапазоне 5250-6750 об/минуту. Конечно при одинаковых коробках передач, массе, резине и тд. вариант А будет разгоняться быстрее, но крутящий момент выше лишь в очень узком диапазоне оборотов и следовательно ощутить эффект можно только поддерживая обороты близко к красной зоне.

Но если максимальная мощность достигается в диапазоне выше 5000 об/мин, то как автомобиль ускоряется до 100 км/ч практически за расчетное время, если в формуле значение мощности постоянно, а у автомобиля оно колеблется в очень больших пределах?

Все дело в том, что при разгоне двигатель работает на низких и средних оборотах очень короткий промежуток времени. Из-за пробуксовки колес, проскальзывания дисков сцепления, или дисков в гидротрансформаторе, использования систем launch control автомобиль может трогаться и с оборотами 3000-4000 об/мин. Конечно, это ведет к уменьшению КПД трансмиссии, но рост мощности за счет оборотов компенсирует снижение КПД.

Получается, что неискушенный покупатель был прав и для стартов со светофора больше подходит автомобиль с большей мощностью, пусть даже она доступна только в малом диапазоне оборотов.

Но фактически Вариант В имеет меньшее время разгона от 0-100 км/ч за счет 8-ми ступенчатой роботизированной коробки передач, против механической 6-ти ступенчатой у BMW 1M. Дополнительные ступени дольше поддерживают двигатель в оптимальном диапазоне оборотов и высокая скорость переключений экономит время. Современная роботизированная коробка передач эквивалентна 10% увеличению мощности по сравнению с механической коробкой передач.

К сожалению в повседневной жизни старты со светофора — бесполезное занятие. Для правильного выбора автомобиля, удовлетворяющего Вашим нуждам необходимо оценить не только значения крутящего момента и максимальной мощности, но и диапазоны в которых эти значения достигаются, а так же тип трансмиссии.

Но не стоит забывать, что отклик на педаль газа и крутящий момент вещи не связанные, вопреки расхожему мнению.

Максимальный крутящий момент измеряется при полной нагрузке — педаль газа «в пол». А отклик на нажатие педали в первую очередь зависит от типа двигателя, наличия турбин или компрессора, оборотов, настроек электронных систем, настроек коробки передач. Например современные блоки управления настроены делать педаль газа более «задумчивой» для экономии топлива и соответствия нормам выбросов, но мощность и момент у таких автомобилей выше. А отклик на педаль газа на спортивном атмосферном двигателе с хорошо настроенным карбюратором, по словам очевидцев, уступает только электрокарам, при этом крутящий момент и мощность у таких моторов в разы ниже, чем у турбированных конкурентов.

P.S. По расчетам получилось, что у BMW M135 время разгона не может превышать 5,3 с . (факт — 5,8), при заявленных 4,7 с., а у BMW 1M разгон не может превышать 5,1 с. при заявленных 4,9 с. Еще более интересная ситуация с Nissan GT-R — для разгона за 2,8 с., указанные в характеристиках, его мощность должна составлять около 700 л.с., но мотор выдает не более 550 л.с. Фактическое время около 3,5-3,8 секунд — совпадает с расчетным.

К расчетным показателям времени или мощности необходимо прибавлять не только 10% для компенсации потерь в трансмисии, но и еще 10% для учета непостоянства момента, времени переключения передач, сцепления с дорогой и сопростивление воздуха. Таким образом максимальная мощность и время разгона 0-100 км/ч не слишком показательны при сравнении различных автомобилей.

Читать еще:  Вечерний двигатель схема своими руками

Перечень уловок на которые идут автопроизводители, что бы улучшить показатели, оставим для другого раза.

Обороты.

Обратимся снова к графику крутящего момента. Если рассматривать только одну передачу, то ускорение будет выше тогда, когда больше крутящий момент. Для всех «гражданских» моторов (включая атмосферные, турбированные и компрессорные) крутящий момент выше на средних оборотах, так как настройка систем двигателя позволяет смеси сгорать оптимально именно на них.

Но если ускорение максимально на средних оборотах, то зачем раскручивать двигатель до «красной зоны» при разгоне?

Рис. 2. Так зависит крутящий момент (М1….М5) или тяговая сила (Fтяг 1 …Fтяг 5) на ведущей оси от включенной передачи. Источник: http://wiki.zr.ru/Мощность_момент

Коробка передач устроена таким образом, что бы скорость вращения колес изменяющаяся в очень широких пределах, соответствовала скорости вращения коленчатого вала двигателя, который изменяется в более узких пределах. Чем больше максимальная скорость на данной передаче, тем ниже передаваемый крутящий момент. Данная пропорция является линейной. При увеличении скорости вращения колес в такой же пропорции уменьшается крутящий момент за счет изменения передаточных чисел в коробке передач.

На графике хорошо видно, что максимальный момент достигается при использовании низших передач, при этом падение момента (и динамики разгона) с ростом оборотов гораздо меньше падения от смены передачи. Поэтому для максимального разгона необходимо поддерживать максимальные обороты.

Исключение составляет только последняя передача автомобиля. Независимо от количества передач и типа коробки последняя передача проектируется для экономии топлива, а максимальная скорость, зачастую, достигается на предпоследней передаче.

Для тех, кто осилил дам еще одну интересную формулу: мощность автомобиля в лс. равна обороты двигателя умножить на крутящий момент в н/м на данных оборотах и разделить на 7027,22.

Коэффициент 7027,22 включает в себя коэффициенты перевода Вт. в лс., а так же крутящего момента в силу и тд.

Что такое крутящий момент двигателя автомобиля

Большинство автовладельцев и водителей оценивают ходовые качества своих автотранспортных средств мощностью двигателя. В процессе эксплуатации транспортных средств часто возникают ситуации необходимости намеренного обгона сопутствующих машин в процессе движения. Находясь в определенном ритме движения, водитель «давит» на педаль акселератора и не получает желаемого ускорения обгона. В этом случае более информативной характеристикой приемистости двигателя является крутящий момент на определенных оборотах двигателя.

Максимальная мощность, указываемая в технических характеристиках двигателя, приводится на соответствующих оборотах. Для бензиновых ДВС обычно эта величина соответствует 5000 – 6000 оборотов в минуту, дизельных – приблизительно 3500 – 4500 об/мин. Поэтому считается, что все бензиновые движки являются высокооборотными, дизельные – низкооборотными. Это не всегда так.

Каждый автовладелец, особенно тот, который желает показать мастерство пилотирования симпатичным девушкам, должен знать характеристики крутящего момента своего авто.

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.

Зависимость мощности и крутящего момента двигателя

Крутящий момент по мере увеличения оборотов двигателя постепенно возрастает, при оборотах около 2800 немного стабилизируется, достигая своего максимума приблизительно 178 н*метр при 4500 об/мин. Мощность двигателя по мере увеличения оборотов продолжает возрастать, что согласуется с приведенной выше формулой. Однако после достижения величины оборотов 5400 об/мин, крутящий момент снижается с большей скоростью, чем растут обороты, и мощность уменьшается.

Это соответствует физической интерпретации процессов в двигателе. На малых оборотах в двигатель поступает мало топлива и воздуха, мощность невысокая. По мере увеличения оборотов сгорает больше топлива, вырабатывается больше энергии. При дальнейшем увеличении количества оборотов двигателя мощность начинает снижаться по причинам:

  • увеличение потерь на процессы трения;
  • кислородное голодание;
  • инерционные и другие механические потери;
  • тепловые потери.
Читать еще:  Шевроле авео двигатель набирает сам обороты

Конструкторы ДВС стремятся расширить диапазон стабильного участка характеристики зависимости крутящего момента. В качестве одного из широко распространенных конструктивных решений применяются системы интеллектуального турбонаддува. Они позволяют избежать ситуации кислородного голодания на различных оборотах.

Крутящий момент относительно стабилен при оборотах двигателя от 2500 до 5500 об/мин. Водители могут смело начинать процесс обгона даже на малых оборотах.

Высокооборотные двигатели имеют стабильный момент до 6500 – 7500 об/мин. Это позволяет развить максимальную мощность на оборотах около 7500 об/мин, как приведено на рисунке 3.

Если вы подходите к покупке автомобиля серьезно, желательно покопаться в справочниках, на форумах, ознакомиться с дилерской информацией, погуглить, и найти зависимости крутящего момента и мощности. Тогда вы с научной точки зрения будете судить о ходовых параметрах автомобиля.

Выбирая автомобиль для эксплуатации в городских условиях, целесообразно приобрести дизельный авто, если вы любитель погонять с ветерком на автобанах, подойдет высокооборотный бензиновый двигатель.

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.

Момент имеет значение или что важнее – Н.м или л.с.?

В конце восьмидесятых — начале девяностых, когда иномарки в России оставались еще большой редкостью, а наши машины ни мощностью, ни крутящим моментом не впечатляли, спорить о том, какой из этих параметров круче, было бессмысленно. В самом деле, что толку рассуждать о тяге, если автомобиль набирает скорость чуть быстрее черепахи. Однако тихоходные времена быстро прошли, и теперь автомобилистов, помимо мощности, стал волновать и момент.

Что такое мощность

Да, на «Жигулях» тоже можно было прохватить как бы с ветерком. Но это же не Chevrolet Camaro и не Bugatti Veyron, до которых нашим (и не только!) тачкам как от земли до неба. Однако некоторые культовые американские и скоростные европейские модели уже давно встречаются на улицах российских городов, да и другие подтягиваются — если не до лучших образцов, то просто растут по части динамических показателей. И вопрос, что же, все-таки, важнее для разгонных характеристик — мощность двигателя или его крутящий момент уже не представляется праздным.

Надо заметить, что тема эта довольно объемная, однако мы не будем перегружать читателя теоретическими выкладками, коротко разберемся сначала с мощностью, взяв для примера, ну, хотя бы 1,6-литровый 16-клапанный двигатель ВАЗ-21127, который устанавливается на автомобили Lada Kalina, Lada Priora, Lada Granta, а под индексом 21129 — на Lada Vesta и LADA Xray. По сути, это — старый добрый мотор ВАЗ-21126, только с регулируемым впуском. Производитель сообщает, что благодаря усовершенствованию мощность агрегата увеличилась с 98 до 106 л.с.

Всего 8 сил добавилось, они сделали машину чуть живее. Интересны единицы измерения мощности. Их две — лошадиные силы и киловатты. Джеймс Уатт придумал своих внесистемных «лошадей», чтобы его паровые машины производили неизгладимое впечатление на клиентов, показывая, сколько сильных и выносливых животных они могут заменить. Цифры великий изобретатель взял не с потолка, а произвел некие расчеты, согласно которым 1 лошадиная сила равна 75 килограммам, поднятым за 1 секунду на высоту 1 метр.

Обозначение » л.с.» признано во всем мире, но часто в фирменных буклетах встречается и аббревиатура кВт, которая тоже имеет отношение к знаменитому шотландцу. Так вот, 1 кВт равен 1,3596 л.с. Умножайте и получите привычные лошадиные силы, которые в характеристиках двигателей выдаются вместе с оборотами коленвала. Например, уже упомянутый мотор выходит на паспортную мощность 106 л.с. (78 кВт) при 5800 об/мин. Не сказать, что агрегат очень оборотистый, но этого достаточно, чтобы пойти на обгон или совершить какой-то другой маневр, перейдя на пониженную передачу и интенсивно выжимая педаль акселератора. Однако сколько не жми, а мгновенно агрегат не раскрутится, и тут, с той или иной степенью эффективности, приходит на помощь крутящий момент

Мощность применительно к силовому агрегату есть физическая величина, характеризующая работу двигателя, выполняемую за единицу времени. В принципе, мощность показывает, как быстро сможет автомобиль, имеющий определенную массу, преодолеть необходимое расстояние. Чем больше мощность, тем, соответственно, выше максимальная скорость при неизменной снаряженной массе.

Можно сказать и так: мощность двигателя — это энергия, которую он вырабатывает и которая затем преобразуется в крутящий момент, посредством трансмиссии передаваемый на приводы или ведущие мосты, а затем на колеса автомобиля.

Что такое крутящий момент

Крутящий момент — это качественный показатель, характеризующий силу вращения коленчатого вала. Рассчитывается он как произведение силы, приложенной к поршню, на плечо (расстояние от центральной оси вращения коленчатого вала до места крепления поршня) и измеряется в ньютонах на метр (Н.м).

В уже упомянутом вазовском двигателе возросла не только мощность, но со 145 до 148 Н•м увеличился крутящий момент. Мало того, инженерам удалось получить до 10 «ньютотнов» прибавки в диапазоне 1000 — 3500 об/мин. А это означает, что машина стала хоть немного, но резвее, потому что, если говорить простыми словами, крутящий момент представляет собой силу, благодаря которой преодолевается сопротивление движению. Чем выше момент, тем динамичнее происходит разгон автомобиля.

Читать еще:  Греется двигатель лифан солано причины

Возьмем характеристики мотора, который устанавливается на гиперкар Bugatti Veyron. Они сразят наповал, даже если в обычной жизни мы вряд ли будем удостоены чести почувствовать ураганное ускорение, которое обеспечивает W-образный 16-цилиндровый 1200-сильный монстр, тяга которого достигает почти 1500 Н.м в диапазоне всего 2400 — 5700 об/мин. Вы едва до тапочки дотронулись, как уже улетели, хорошо, если не в кювет! И все благодаря невероятному крутящему моменту.

Степень сжатия топливной смеси в цилиндрах имеет огромное значение. Так что внимательно читаем характеристики, они могут многое рассказать о моторе. Между прочим, впечатляющая тяговитость дизелей объясняется как раз очень высокой степенью сжатия смеси дизтоплива и воздуха (примерно 20:1 против 10:1 у бензиновых агрегатов).

Кто кого?

Мощность двигателя — первое, на что по традиции мы обращаем внимание. Чем больше лошадиных сил под капотом, тем быстрее поедем — так нам кажется. Конечно, лошадиные силы важны, но если нас интересует динамика разгона, то надо признать, что крутящий момент важнее мощности. Потому что:

— хороший подхват на «низах» дает более эффективное ускорение;

— от величины крутящего момента напрямую зависит способность автомобиля уверенно преодолевать подъемы;

— автомобили с более мощными, но обладающими хиленьким крутящим моментом двигателями, уступают в разгонной динамике машинам с высокой тягой.

Данная диаграмма показывает, что мы имеем дело с очень тяговитым мотором, который выходит на пик крутящего момента уже при 1500 об/мин (кривая момента нарисована синим). Максимальное значение тяги в 320 Н.м поддерживается вплоть до 4000 оборотов, после чего начинается ее неизменное снижение. Между прочим, очень хороший результат, потому что чем раньше наступает максимум крутящего момента и чем позже пик мощности (красная кривая), тем шире диапазон возможностей силового агрегата. От количества оборотов также многое зависит: чем они выше, тем большую мощность можно снять.

В известной степени получается, что крутящий момент — важнейшая качественная характеристика двигателя. Чем же тогда замечательны эти лошадиные силы? Ну, хотя бы тем, что от мощности напрямую зависит максимальная скорость машины, к чему крутящий момент имеет меньше всего отношения.

Фото и диаграмма с интернет-ресурсов

Крутящий момент двигателя – как сделать мощнее свой автомобиль?

От чего зависит мощность и как повысить максимальный крутящий момент двигателя? Вот два вопроса, в решении которых заинтересован практически каждый опытный автолюбитель. Мы же попытаемся вникнуть в эти понятия и определить пути решения поставленных вопросов.

Что такое крутящий момент двигателя?

Для начала вспомним, что же такое мощность и как с ней связан крутящий момент. Параметр мощность при поступательном движении – это произведение силы на скорость, а крутящий момент мотора определяется как произведение силы, воздействующей на рычаг, на расстояние от оси его вращения до точки приложения силы. Но как отнести к работе автомобиля эти физические формулы?

Если переформулировать это по-другому, то крутящий момент – это тяговые возможности. От этой величины зависит грузоподъемность автомобиля и степень ускорения, которую он развивает. Два этих понятия порой плохо совместимы, поскольку мощность мотора оказывает небольшое значение на динамику автомобиля. Главное – это величина крутящего момента, и чем она больше, тем быстрее происходит разгон.

Увеличение крутящего момента двигателя – приемы модернизации

Какие существуют способы улучшения динамики автомобиля, что дает и как увеличить крутящий момент двигателя? Можно прибегнуть к простым и недорогим методам:

  • установить на двигателе фильтр нулевого сопротивления;
  • заменить стандартный глушитель на прямоточный;
  • провести прошивку (чип-тюнинг).

К затратным, но эффективным методам увеличения крутящего момента относятся:

  • фрезерная расточка блока, то есть увеличение объема цилиндров (так называемый форсированный двигатель);
  • установка распределительного вала с измененными газораспределительными фазами;
  • установка системы питания с оксидом азота;
  • установка турбокомпрессора, что значительно увеличивает крутящий момент любого мотора.

На серийных автомобилях для увеличения этого показателя силовой агрегат оборудуют тремя и даже пятью клапанами на каждый цилиндр, изменяют выпускные тракты, на турбокомпрессорах устанавливают керамические крыльчатки с изменяемым углом наклона.

Цель всех подобных модернизаций – совершенствование процесса наполнения цилиндров мотора воздушно-топливной смесью.

Крутящий момент дизельного двигателя – нюансы этого вида моторов

Как же осуществить расчет и увеличение крутящего момента двигателя? В качестве исходных данных используют величину давления газов в цилиндрах, площадь днища поршней и радиус кривошипно-шатунного механизма. Но наиболее точные результаты можно получить лишь экспериментальным путем на специальных опытных стендах.

На современных автомобилях устанавливают два типа моторов: дизельные и работающие на бензине. Далее подробно остановимся на характеристиках дизелей, как более мощных силовых агрегатах. Достоинства дизельных двигателей:

  • вследствие низкого расхода топлива существенно снижаются затраты, связанные с эксплуатацией автомобиля, так как у дизельного двигателя степень сжатия находится на уровне 20 единиц;
  • высокий КПД, который достигает более 30 %;
  • выхлопные газы дизельного двигателя содержат гораздо меньший процент окиси углерода, чем бензиновые;
  • дизельное топливо отличается низкой летучестью;
  • масса впрыскиваемого топлива в цилиндры в полтора раза меньше, чем у бензиновых двигателей;
  • высокое значение, которое приобретает крутящий момент дизельного двигателя на небольших оборотах, позволяет более эффективно использовать его мощность, поэтому на большинстве внедорожников устанавливают данный тип силового агрегата.

К сожалению, получить увеличение крутящего момента мотора на любых оборотах практически невозможно, поскольку у разных агрегатов его наивысшее значение достигается на различных режимах. Это связано с различиями в механизмах впускного тракта, а также фаз газораспределения, что оказывает существенное влияние на эффективность наполнения цилиндров воздушно-топливной смесью при различных оборотах двигателя.

Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector