Что такое крутящийся максимальный момент двигателя

avtoexperts.ru

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.

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 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 КМ 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.

Что такое крутящийся максимальный момент двигателя

максимальный момент синхронного двигателя

1 максимальный момент синхронного двигателя

1. pull-out torque of a synchronous motor

3.16 максимальный момент синхронного двигателя (pull-out torque of a synchronous motor): Наибольший вращающий момент, развиваемый синхронным двигателем при синхронной частоте вращения и при номинальных значениях напряжения, частоты питания и тока возбуждения.

См. также в других словарях:

максимальный момент синхронного двигателя — 3.16 максимальный момент синхронного двигателя (pull out torque of a synchronous motor): Наибольший вращающий момент, развиваемый синхронным двигателем при синхронной частоте вращения и при номинальных значениях напряжения, частоты питания и тока … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

максимальный момент синхронного вращающегося двигателя — Наибольший вращающий момент, который может развивать синхронный вращающийся двигатель без выпадения из синхронизма, работая при номинальных значениях напряжения и частоты питающей сети. [ГОСТ 27471 87] Тематики машины электрические вращающиеся в… … Справочник технического переводчика

ГОСТ Р 52776-2007: Машины электрические вращающиеся. Номинальные данные и характеристики — Терминология ГОСТ Р 52776 2007: Машины электрические вращающиеся. Номинальные данные и характеристики оригинал документа: 3.7 величина полной нагрузки (full load value): Числовое значение параметра при работе машины с полной нагрузкой. Примечание … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

ЭЛЕКТРОМАШИННЫЕ ГЕНЕРАТОРЫ И ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛИ — машины вращательного типа, преобразующие либо механическую энергию в электрическую (генераторы), либо электрическую в механическую (двигатели). Действие генераторов основано на принципе электромагнитной индукции: в проводе, движущемся в магнитном … Энциклопедия Кольера

СТО 70238424.29.160.30.002-2009: Электродвигатели. Организация эксплуатации и технического обслуживания. Нормы и требования — Терминология СТО 70238424.29.160.30.002 2009: Электродвигатели. Организация эксплуатации и технического обслуживания. Нормы и требования: 3.1 асинхронный пуск вращающегося электродвигателя переменного тока : Пуск вращающегося электродвигателя… … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

Частотно-регулируемый привод — (частотно управляемый привод, ЧУП, Variable Frequency Drive, VFD) система управления частотой вращения ротора асинхронного (или синхронного) электродвигателя. Состоит из собственно электродвигателя и частотного преобразователя … Википедия

время — 3.3.4 время tE (time tE): время нагрева начальным пусковым переменным током IА обмотки ротора или статора от температуры, достигаемой в номинальном режиме работы, до допустимой температуры при максимальной температуре окружающей среды. Источник … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

Ока (автомобиль) — В данной статье или разделе имеется список источников или внешних ссылок, но источники отдельных утверждений остаются неясными из за отсутствия сносок … Википедия

Aérospatiale-BAC Concorde — Concorde Concorde в аэропор … Википедия

Конкорд (самолет) — Concorde Concorde в аэропорту Хитроу. Тип сверхзвуковой пассажирский самолёт Производитель Aérospatiale ( Первый полёт 2 марта 1969 Начало эксплуатации … Википедия

Конкорд (самолёт) — Concorde Concorde в аэропорту Хитроу. Тип сверхзвуковой пассажирский самолёт Производитель Aérospatiale ( Первый полёт 2 марта 1969 Начало эксплуатации … Википедия

Facebook

Unsupported Browser

Murmuration Technology

О разных моторах.

Віталій Бризгалов почувається натхненно в Murmuration Technology.

Я примерно 7 раз начинал писать этот пост )) Хотелось на пальцах объяснить. Думаю постепенно найдем время снять видео на эти темы и в целом более широко раскрыть технические аспекты нашей работы.

Примерно 5 раз в неделю пишут люди о моторах с совмещенными обмотками типа «Славянка» а конкретнее это Асинхронный мотор IM , чуть реже пишут о BLDC моторах с магнитами, и еще реже о IPM-SR моторах с внутренними магнитами.

Мы в Murmuration Technology, работаем над совершенно другим типом мотора известным как Вентильный реактивный двигатель, он же Switched Reluctance Motor (SRM) , Супер мотор с супер перспективами, сотнями вариаций.

На самом деле выбор типа мотора, зависит от задачи которую нужно решить. Совершенно неважно какой тип мотора, они все более-менее равны в основных параметрах. Прежде всего нужно поставить четкие рамки, в которые должен вписаться продукт. Цена, Качество, Надежность, Габариты. Каждый тип мотора будет немного отличаться процентами в каждом пункте. В бытовом применении важнее цена, в ответственном надежность, и т д.

Изначально мы работали, и работаем над двигателем самолета, что подразумевает надежность на самом высоком уровне, а если это совмещается с низкой стоимостью, то это в двойне круче. И на мелкие недостатки в виде повышенного шума можно не обращать внимание, так как шум от винта в разы сильнее. Но это в будущем, а пока спустившись на землю требуется решать другие задачи. Работать в огромном диапазоне частот вращения, создавать достаточный момент на рабочих оборотах, иметь приемлемый уровень пульсаций момента на низких частотах.

В машине мало иметь просто двигатель: Электропривод электромобиля — это система от аккумулятора до редуктора и колес.

Практически любой тяговый электропривод ограничен потерями и нагревом. Любой электродвигатель может превысить свою номинальную мощность в 5-10 раз. Но на короткое время, время нагрева до критических температур. В тяговом двигателе всегда мощность связана с работой целой системы. Аккумулятор, Инвертор, Мотор и система охлаждения, чем больше можем удерживать температуру, тем дольше можем превышать номинальную мощность.
Второй аспект, это надежность. 90% отказа двигателей связаны с температурой и изоляцией. постоянные нагрев и охлаждение, высокие токи в проводах, трение проводов друг об друга, постепенно приводят к разрушению изоляции и замыканию проводов.
Из характеристик можно отметить главные это Момент на валу на разных оборотах, как правило в электроприводе мы имеем максимальный момент на низких оборотах и постепенное его снижение к максимальным оборотам.
Так как электродвигатель — это почти всегда взаимодействие двух магнитных полей, а ток в катушках вызывает магнитное поле, и обратный процесс магнитное поле вызывает появление тока в катушках.

Собственно, абсолютно любой мотор, одновременно является и генератором. т.е. чем быстрее мотор вращается, тем больше он генерирует напряжение как генератор. в какой-то момент, напряжение, генерируемое мотором, достигает напряжения питания мотора, и ток перестает течь в мотор. Но еще задолго до этого, действующее напряжение на моторе уменьшается и мотор просто теряет момент. Нужно или повышать напряжение питания, или самогенерируемый ток )) уменьшая момент двигателя удается повысить скорость. но в целом мощность остается фиксированной.

Немного не так работает наш мотор, в нем используется только одно поле статора, а ротор только замыкает путь этому магнитному полю. избавившись от «паразитной» части магнитных полей, уменьшается генерация ЭДС Самоиндукции , таким образом, мы можем достигать гораздо больших оборотов, при том же напряжении питания, и не снижать момент на валу двигателя в гораздо больших пределах.

На сегодня самым распространенным мотором является Асинхронный мотор. Асинхронный мотор сам по себе очень крут. И неважно в нем обычная обмотка или Славянка.
Высокоэффективный тяговый асинхронный мотор, это дорогой мотор, с большим содержанием меди и в статоре, и в роторе. 40% меди просто работает мостами при переходе из паза в паз. не участвуя в создании момента, но принося увеличенные потери в обмотке и внося свою долю тепла. а так как они еще и плохо соприкасаются со сталью статора, то основные проблемы с изоляцией и перегревом происходят именно там. Медный ротор кроме увеличения стоимости также является активным источником тепла, но если статор охлаждается снаружи рубашкой охлаждения, то охлаждать вращающийся ротор гораздо сложнее, что сказывается на стоимости привода. Что касается Славянки, то это обмотка совмещает в себе 2 схемы включения звезда и треугольник. Что это дает? более плавное магнитное поле в роторе, 5-10% уменьшения гармоник и потерь вызванных ними, наблюдается небольшой прирост КПД и мощности. Это круто в нерегулируемом приводе, при работе мотора просто от розетки. В целом Славянка имеет право на существование, но она еще более удорожает мотор, увеличивает сложность намотки и автоматизацию намотки. В большинстве случаем в моторах стараются переходить к простым однослойным обмоткам, так как 2 разные обмотки в одном пазу еще нуждаются в дополнительной изоляции соседних обмоток, что банально занимает место, и уменьшает сечение медных проводников. А это большая плотность тока, больше потерь, больше нагрев.
Разумеется, есть варианты и однослойных совмещенных обмоток, но увеличение сложности и «Гуляющих» мостов меди никуда не девается. Собственно, все что делает сложная совмещенная обмотка, реализуется современными частотными приводами программно. И подавление гармоник, и увеличение момента, и точное слежение за скольжением для максимально возможной эффективности. Собственно асинхронник крут, но дорог, дорог настолько , что компания Тесла отказалась от его использования. И это правильно, мотор выбирают под задачу, а не наоборот.
Касательно сравнения с нашим приводом SRM, обмотки в нашем двигателе концентричные, и переходы по пазам у нас минимальны. Это дает до 40% экономии, и так как у нас пассивный ротор, то он не греется и не требует охлаждения.

Касательно Двигателей с магнитами, то в них решен вопрос нагрева ротора, потери в нем, и сам двигатель получается немного дешевле. Немного, так как магниты довольно дорогие, поэтому роторы с магнитами по наружной части почти не используются, а существенно меньшее количество магнитов вставляется внутрь железа, которое частично выполняет работу по замыканию потока статора, примерно, как и в нашем двигателе.
Недостатком двигателей с магнитами, является маленький эффективный диапазон оборотов. Напомню мотор одновременно является генератором, Магниты на роторе вызывают существенно больше генерации ЭДС самоиндукции, напряжение растет быстрее и уже на средних оборотах , мотор действующее напряжение батареи снижается в двое. Путем уменьшения количества витков, производители добиваются нужного соотношения скорости и тяги мотора. Касательно надежности: Мотор с магнитами боится перегрева, магниты могут размагнититься от высоких температур. Кроме того, магниты вносят в мотор потери, на перемагничивание стали, поэтому у них затруднен холостой ход. А также вращение выключенного мотора сопровождается генерацией напряжения, что может вызвать сгорание силовых блоков, и даже пробой изоляции, именно по этому буксировать выключенную машину с таким мотором , опасно. Но эти моторы завоевывают рынок. Большая удельная мощность, умеренная стоимость. Небольшой диапазон скоростей компенсируется избытком тяги.

Первые Тесла имели асинхронные моторы, даже логотип самой компании это сектор ротора асинхронного мотора. Но борьба за стоимость вынудила их установить мотор с магнитами в последнюю машину Модел 3. На примере полноприводной Модел 3 с двумя моторами, можно отследить компромисс между тягой и скоростью мотора. В ней установлены два двигателя с разными настройками. Задний более тяговитый, но менее скоростной, и передний более скоростной, но имеет при этом меньший момент.

также о Крутости и стоимости Асинхронного мотора с медным ротором говорит, возможность заказать Модел 3 с асинхронником, всего доплатив 5 тыс. долларов))

Наш двигатель имеет самый широкий диапазон частот вращения из всех существующих. Имеет пассивный ротор без выделения тепла, использует в полтора раза меньше меди, имеет 100% полностью независимые обмотки, и может продолжать работать при выходе из строя одной или двух обмоток, или соответствующих им силовых блоков. Надежность было основным критерием выбора данного типа для работы. Попутно мы получаем уменьшение стоимости материалов, и упрощение процесса производства.
Конечно, у нашего мотора есть недостатки, с которыми мы боремся. Основное это пульсации момента при вращении, и вызванный ними повышенный шум. Лечим, оптимизируя форму тока в обмотках, увеличивая количество полюсов, уменьшая размер шага, увеличивая частоту. Конечно, это потребовало применения более качественных материалов, высокочастотная моторная сталь, провода в двойной пленочной изоляции, но параллельно это повышает и долговечность и надежность мотора. К недостаткам можно отнести чуть более сложный инвертор, но как я уже писал, это дает нам высокую надежность. Даже если одна из обмоток выйдет из строя или силовая часть обмотки откажет, машина сможет доехать, а самолет долететь )

Кто дочитал, тот молодец, кому непонятно, не стесняйтесь спрашивайте.

Что такое крутящийся максимальный момент двигателя

Для замены в оборудовании асинхронного двигателя на сервошаговый привод необходимо выбрать привод так, чтобы он полностью соответствовал мощности. Шаговый привод не имеет номинальной мощности, мощность ШД изменчива. Она большая в момент удержания и продолжает расти с определенной скоростью до “точки прорыва”, далее мощность плавно опускается, но ее феромагнитные потери повышаются. При том, с ростом скорости моментально падает крутящийся момент. График этого падения часто принимают как линейный.

Чтобы найти необходимый привод будем использовать опытные приближения.

Для подбора привода с определенной мощностью на ШД, определим сначала момент(выдаваемый мотором) и скорость вращения. Представим, что со скоростью 200 об/мин. от привода необходим момент Md = 10Нм. Чтобы рассчитать мощность, воспользуемся приближенной формулой для двигателя Р, которое на практике поможет оценивать:

P = Md × n × 0.1 = 200 Вт

Это приближение помогает определять прямо с графика мощность двигателя. Скорость и мощность вращения асинхронного двигателя в данный момент мы знаем. Следовательно, из выше указанной формулы выражаем момент.

Md = P / (n × ˜0.1) или Md = P × z/6.28 × f

где z – число полных шагов на оборот, f- частота шагов(Гц).

После чего, по скорости и моменту вращения можно выбирать двигатель, обращая внимание на кривую момента и на документацию. Для каждой системы передач, требуемых узлов и механизмов, есть свои тонкости в расчетах.

Расчет шагового двигателя для грузоподъемной установки:

Кинетическая энергия системы: E=(1/2) m V 2 (1/2) J ω 2 (1/2) J_двω 2 =(1/2) J_прω 2 ,

Производная от кинетической энергии по времени: dE/dt = J_прω ε

где J_дв – момент инерции ротора двигателя;

J_пр=mR 2 J J_дв – приведенный момент инерции;

Мощность внешних сил в системе:

Мощность силы трения: P_Fтр = -F_трV

Мощность крутящего момента: P_M=Mω

Сумма мощностей всех сил: ∑P_i=Mω – (mg V sinαF_трV)

Учитывая, что V= ωR

Производная от кинетической энергии по времени определяется мощностями внешних сил:

Откуда величина вращающего момента M, который нужно приложить к барабану, чтобы его угловое ускорение было равно ε:

M = J_прε(mg sinαF_тр)R = (mR 2 J) ε(mg sinα F_тр)R

Соотношение между частотой отработки шагов двигателя ν и угловой скоростью ω: ω=H*ν/(2π), где H=360/φ – количество шагов (микрошагов) в одном полном обороте двигателя. Скорость подъема: V=ωR=HνR/(2π) Частота отработки шагов ν, необходимая для поъема груза со скоростью V ν=V2π/(HR), в полушаге (т.е. при φ=0,9 и H=400) ν=Vπ/(200R) Ротор шагового двигателя, начинающий отработку шагов с частотой ν на первом шаге движется с ускорением: ε=νω=ν 2 H/(2π)=2πV 2 /(HR 2 ) Требуемый момент на валу шагового двигателя, который сможет поднимать груз со скоростью V:

M_шд=(mR 2 J)Hν 2 (2π)(mg sinαF_тр)R

M_шд=(2π/H)*(V 2 /R 2 ) (mR 2 J) (mg sinαF_тр)R

Выбор шагового двигателя для транспортной тележки:

Кинетическая энергия системы: E=(1/2) m₁ V 2 2(1/2 m₂V 2 1/2 J_zω 2 1/2 J_двω 2 )=1/2 m_прV 2

где J_дв – момент инерции ротора двигателя;

J_z=m₂R 2 – момент инерции колеса относительно его оси;

Производная от кинетической энергии по времени: dE/dt = 1/2 m_пр 2V dV/dt = m_прVa

Момент сопротивления качению: M_ск=fmg

Откуда требуемый момент на валу двигателя:

M = Rm_прaf(m₁g2m₂g)

Определение требуемого крутящего момента шагового двигателя в системах с винтовыми передачами:

Ход резьбы за 1 полный оборот:Ph=nP,

где P- шаг резьбы, n – число заходов.

Угол подъема резьбы:φ = arctg(nP/πd)

M = Fd/2 = 1/2 Qd tgφ

Определение требуемого крутящего момента шагового двигателя в системе с вращающимся цилиндром:

Для определения крутящего момента в системе с вращающимся цилиндром, необходимо знать момент инерции цилиндра:

Сплошной цилиндр, относительно оси a: J = 1/2 m * r 2 .

Полый цилиндр, относительно оси a: J = 1/2 * m * (r 2 r 2 )

Кинетическая энергия системы:E=1/2(JJ_дв)ω 2

Производная от кинетической энергии по времени:dE/dt = (JJ_дв) ω ε

Мощности внешних сил в системе:

мощность момента трения: P_тр=M_трω

мощность крутящего момента: P_M=Mω

сумма мощностей всех сил: ∑P_i=Mω – M_трω

Производная кинетической энергии по времени определяется мощностями внешних сил:dE/dt=∑P_i;, или (JJ_дв) ω ε = Mω – M_трω

Величина вращающего момента M:

M=(JJ_дв) ε M_тр

Определение крутящего момента шагового двигателя в механизмах с реечной передачей

Для определения крутящего момента в системе с вращающимся цилиндром, необходимо знать момент инерции:

Момент инерции шестеренки определяется следующим образом: J_шест = 1/2 * m_шест * R _рол 2 .

Момент инерции зубчатой рейки: J_рейки = m_рейки * R 2 .

Суммарный момент инерции шестеренки и рейки: J_сумм = J_шестJ_рейки

Кинетическая энергия системы:E=1/2 J_двω 2 1/2 J ω 2 1/2 mV 2 =1/2 m_прω 2 ,

где m_пр=m(J_двJ)/R 2 – приведенная масса системы

Производная от кинетической энергии по времени:dE/dt = m_прVa

Суммарная мощность всех сил:∑P_i=(M-f_тр(mg))V/R

Производная от кинетической энергии по времени определяется мощностями внешних сил:dE/dt=∑P_i или m_прVa = (M – f_тр (mg))V/r

Величина вращающего момента M, который нужно приложить к шестерне, чтобы угловое ускорение было равно a:

Что такое крутящий момент двигателя автомобиля

В списке ключевых характеристик любого бензинового или дизельного ДВС обязательно указывается мощность и крутящий момент двигателя. Что касается самого транспортного средства, отдельный акцент делается на разгонной динамике автомобиля 0-100 км/ч. независимо от типа силового агрегата под капотом (бензин, дизель, гибридный двигатель и т.д.). Традиционно сложилось, что максимум внимания покупателей изначально обращен на мощность двигателя, выраженную в лошадиных силах (л.с.). Прочно укоренилось мнение, что чем больше л.с. выдает двигатель, тем быстрее, динамичнее и, зачастую, престижнее окажется автомобиль в конечном итоге. Параллельно с этим показатель крутящего момента, который выражается в ньютон-метрах (Н∙м), маркетологи сознательно отодвигают на второй план.

Такой подход хорошо иллюстрирует распространенное выражение среди продавцов автомобилей в США. Как они говорят, продавать машины помогают «лошади», то есть мощность, при этом двигает автомобиль вперед крутящий момент. Далее мы подробно рассмотрим, что такое крутящий момент двигателя внутреннего сгорания, а также взглянем на зависимость характеристик мощности двигателя, крутящего момента и разгонной динамики.

Мощность и крутящий момент ДВС

Для большинства рядовых автолюбителей понятие о показателе максимальной мощности и крутящего момента сводится к тому, что чем больше мощность, тем больше окажется и крутящего момента, а также более мощный двигатель всегда лучше. При этом чёткое понимание указанных характеристик мотора у многих отсутствует.

Смятение в этот лагерь также внесло растущее число «дизелистов», среди которых намного больше внимания уделяется именно кутящему моменту, а не мощности дизельного мотора. Также следует упомянуть и о турбомоторах, которые могут разгонять автомобиль намного быстрее, хотя мощность самого ДВС с наддувом заметно уступает атмосферным аналогам с намного более внушительным количеством «лошадей» под капотом. Получается, мощнее, но не всегда динамичнее и быстрее? Давайте разбираться, почему так происходит и чем «моментная» характеристика отличается от «мощностной».

Как мощность двигателя и крутящий момент влияют на разгон автомобиля

Как уже было сказано, в технических характеристиках указывается максимальная мощность двигателя и крутящий момент. Итак, крутящий момент представляет собой силу вращения коленвала ДВС. Измеряется крутящий момент в ньютон-метрах. Также моментная характеристика может быть выражена в килограмм-силах на метр. Крутящий момент возникает тогда, когда свободно вращающийся коленвал начинают тормозить.

Так происходит по причине того, что на разных оборотах в камере сгорания происходят разные процессы, что отражается на эффективности наполнения цилиндров, качестве сгорания топливно-воздушной смеси, вентиляции цилиндров и т.д. Другими словами, количество воздуха на впуске, угол опережения зажигания, объем отработавших газов и ряд других параметров меняется в зависимости от числа оборотов коленвала. По этой причине каждому водителю бензиновой машины с малообъемным атмосферным мотором хорошо знакома ситуация, когда на «низах» при езде на высокой передаче двигатель не тянет, то есть крутящий момент очень мал.

Нажатие на педаль газа и поднятие оборотов до средних значений приводит к тому, что эффективность наполнения воздухом на впуске растет, топливно-воздушная смесь сгорает более полноценно, цилиндры лучше вентилируются. Результатом становится то, что крутящий момент растет. Добавим, что турбомоторы в среднем диапазоне оборотов полностью преодолевают эффект турбоямы, после чего у двигателя возникает желаемый подхват. Дело в том, что поток отработавших газов после раскручивания двигателя начинает эффективно вращать крыльчатку турбокомпрессора для подачи большего количества воздуха в цилиндры.

Дальнейший рост оборотов вызывает то, что в двигателе существенно растут механические потери. К таким потерям следует отнести трение поршневых колец о стенки цилиндров, а также различные инерционные потери в других узлах и механизмах двигателя. В результате КПД мотора падает, энергия начинает расходоваться на преодоление таких потерь в условии езды на приближенных к максимальным оборотах. Закономерно, что крутящий момент начинает уменьшаться с учетом растущих нагрузок. Турбомоторы также теряют отдачу, так как сам турбонагнетатель не обеспечивает должную производительность на максимальных оборотах.

Если сказать иначе, мощность двигателя означает количество работы, которую агрегат способен выполнить за определенный промежуток времени. Мощность ДВС измеряется в киловаттах (кВт) и напрямую зависит от показателя крутящего момента на конкретных оборотах. Не вдаваясь в подробности, мощность является расчетной величиной и не измеряется отдельно от кутящего момента. Что касается максимальной мощности, такая мощность представляет собой условную точку начала уменьшения крутящего момента, но произведение мощности и оборотов еще не стремится к увеличению. С учетом данной информации становится понятно, что такое полка крутящего момента, которая часто отображается на графиках. Под такой полкой следует понимать диапазон оборотов, на которых постоянно доступен максимум крутящего момента.

Что касается самой максимальной мощности, от данного показателя зависит, прежде всего, та максимальная скорость, с которой способен двигаться автомобиль. Максимальная скорость становится доступной в том случае, когда расходуемая мощность равна мощности ДВС. При этом для определения «максималки» конструкторами учитывается ряд потерь на инерцию и трение, сопротивление потокам воздуха и качению колес. Если проще, от запаса мощности зависит способность мотора преодолевать растущие потери и сопротивление, что и позволяет агрегату разогнать автомобиль только до определенного предела и далее поддерживать набранную скорость.

Крутящий момент дизельного двигателя

Особенностью дизельных двигателей сравнительно с бензиновыми аналогами является более высокий крутящий момент и меньшая мощность. Дело в том, что дизельные моторы имеют суженный диапазон оборотов. Это связано с конструктивными отличиями таких моторов (ход поршня), а также более высокой степенью сжатия и спецификой процесса сгорания дизтоплива.

Другими словами, дизель изначально не приспособлен для работы на высоких оборотах. Следовательно, агрегат не так хорошо раскручивается. Параллельно с этим температура выхлопа у дизельного двигателя ниже по сравнению с бензиновым, а также на «низах» моторы на солярке не так склонны к детонации. В результате конструкторы смогли установить сложные и максимально эффективные системы турбонаддува именно на дизель.

Добавим, что потенциал дизеля позволяет сделать его даже мощнее бензиновых собратьев, но это приведет к существенному удорожанию и утяжелению всей конструкции двигателя. Также понадобится доработка системы питания дизельного мотора и установка более выносливой КПП, которая будет способна выдерживать просто огромный крутящий момент. Не следует забывать и об экологических нормах, для соответствия которым мощные дизели потребуют серьезной модернизации. Получается, поднимать мощность дизеля сегодня попросту нецелесообразно.

Подведем итоги

Если вы столкнулись с возможностью выбрать автомобиль с незначительно отличающимися по характеристикам двигателями, тогда оптимально выбирать агрегат с большим крутящим моментом. Данное правило особенно актуально для машин с МКПП. Например, производитель может выпускать одну и ту же модель, которая получает ДВС с рабочим объемом 1.8 литра (140 л.с.) и 2.0 (155 л.с.). Также следует учитывать и упомянутую выше полку крутящего момента, то есть зависимость мощности и крутящего момента от оборотов двигателя.

Лучшим вариантом двигателя будет тот, когда мотор выходит на пик момента не на определенных оборотах, а в максимально широком диапазоне. Например, простой атмосферный двигатель может иметь пик крутящего момента на 3500 об/мин, в то время как его продвинутый высокотехнологичный аналог с турбиной выходит на пик момента уже при 1500 об/мин, сохраняя «ровную» полку до 4500 об/мин. Это значит, что в первом случае для уверенного разгона мотор нужно крутить, удерживать ДВС на оборотах максимального момента, а также чаще переключать передачи вниз при возникновении нагрузок. Во втором случае максимум крутящего момента будет доступен водителю в широком диапазоне оборотов, что позволяет эффективно ускоряться и справляться с меняющимися нагрузками без частого переключения передачи на пониженную. Другими словами, доступность высокого крутящего момента в расширенном диапазоне фактически означает, что и мощности почти всегда достаточно.

Различные силовые установки тестируются на эластичность путем анализа тяги и разгона с 60 до 100 км/ч при движении на четвёртой передаче или ускорения с 80 до 120 км/ч на включенной пятой передаче. По этой причине малообъемный высокофорсированный двигатель, который имеет отличный подхват на низких оборотах и широкую полку момента, покажет себя отличным вариантом для города. Именно в городском цикле, то есть в условиях умеренных скоростей и режимов ускорение-замедление, потенциала такого ДВС более чем достаточно. При этом следует учитывать, что на более высокой скорости в режиме трассы подобный агрегат может не обеспечить уверенного обгона, уступив в этом плане простому атмосферному двигателю с большим крутящим моментом и мощностью.