Что Такое Максимальный Крутящий Момент Двигателя



что такое максимальный крутящий момент двигателя

Крутящий момент двигателя автомобиля.

Крутящий момент двигателя автомобиля отображаемый в технических характеристиках автомобилей, наряду с мощностью, принято считать одной из основных характеристик силового агрегата. Чтобы понять, что такое крутящий момент двигателя автомобиля и чем он генерируется, необходимо рассмотреть процесс возникновения и взаимодействия сил действующих на поршни в двигателе внутреннего сгорания.

Образование крутящего момента.

Кликнув по рисунку можно увидеть как работает бензиновый двигатель на примере работы одного цилиндра (рис.1). Весь рабочий цикл протекает в течение двух полных оборотов коленвала и состоит из 4-х тактов, каждый из которых занимает половину оборота:

  1. Такт впуска, в процессе которого в цилиндр подаётся топливо смешанное с воздухом.
  2. Такт сжатия поступившей топливовоздушной смеси.
  3. Такт работы или рабочий ход, в течение которого создаётся крутящий момент.
  4. Такт выпуска, основная задача которого освободить цилиндр от продуктов сгорания и выхлопных газов и, тем самым, подготовить цилиндр для принятия очередной порции топливовоздушной смеси.

Поскольку нас интересует именно крутящий момент, то рассматривать мы будем только такт рабочего хода поршня и то, что происходит в цилиндре в этот момент.

И так, топливовоздушная смесь воспламенившись нагревает рабочее тело. заставляя его резко расшириться, что приводит к созданию силы F₁. которая начинает двигать поршень вниз. Усилие через поршень и шатун передаётся на шатунную шейку, смещенную относительно оси вращения коленвала на величину R. Эта величина называется плечом коленвала, равна половине хода поршня и является постоянной.

Все двигатели внутреннего сгорания сконструированы таким образом, что самостоятельно могут работать только на холостых оборотах. Для того, чтобы увеличить обороты необходимо с помощью педали газа увеличить подачу топливовоздушной смеси в цилиндр. Это приведёт к увеличению силы F₁. что повлечёт за собой увеличение скорости поршня и, как следствие, увеличение числа оборотов.

В физике крутящий момент или момент силы определяется как произведение силы на плечо и выражается формулой:

где: F #8212 постоянно действующая сила. R #8212 плечо к которому она приложена под углом 90°.

Взглянув на рисунок 1 можно увидеть, что рассчитать по этой формуле крутящий момент двигателя весьма сложно, если не невозможно, по следующим причинам:

  • Сила F₁ не является постоянной, так как при движении поршня вниз объём цилиндра увеличивается, что приводит к уменьшению силы от какого-то максимального значения до 0. Так же уменьшению силы способствует быстрое падение температуры рабочего тела из-за наличия системы охлаждения цилиндра.
  • В точке приложения действует сила F₂. которая меньше силы F₁ из-за потерь на трение в местах контакта сопряженных деталей (поршневых колец и стенок цилиндра, поршня и шатуна, шатунных вкладышей и коленвала).
  • Сила F₂ приложена к плечу R не под прямым углом, который является оптимальным для создания крутящего момента, а под изменяемым от 180 до 0 .

Видимо по этим причинам крутящий момент двигателя не рассчитывают, а просто измеряют при различных оборотах. Результаты измерений отображают в виде диаграммы крутящего момента вместе с диаграммой мощности двигателя.

Диаграммы мощности и крутящего момента.

Таких диаграмм в интернете можно найти достаточно большое количество. Рассмотрим одну из них, первую попавшуюся, и попытаемся понять о чем она нам говорит. Пусть это будет стандартная диаграмма мощности и крутящего момента автомобиля BMW 318i (рис.2) .

Сразу обращает на себя внимание тот факт, что диаграмма имеет три шкалы шкалу крутящего момента в ньютонометрах, расположенную слева, шкалу мощности в лошадиных силах расположенную справа и шкалу оборотов в минуту расположенную внизу, кроме того кривая крутящего момента начинается выше кривой мощности и впоследствии пересекает её, чего по идее быть не должно.

Попробуем привести эти диаграммы к какому-то понятному и удобоваримому виду. Прежде всего перейдём от лошадиных сил к киловаттам, так как лошадиная сила является устаревшей внесистемной единицей измерения, не применяемой в физике. Для этого все значения диаграммы мощности необходимо разделить на 1,36.

Более того зная, что 1 киловатт = 1000 ватт, а 1 ватт = 1 ньютонометр в секунду мы имеем возможность перевести значения мощности в нм/с, что вполне сопоставимо со значениями крутящего момента и позволяет нам перейти к единой шкале.

После построения диаграмм по новым шкалам (рис.3) сразу бросается в глаза тот факт, что крутящий момент это десятки и сотни ньютонометров, а мощность - десятки тысяч нютонометров, что на 2 порядка выше и пересекаться они никак не могут. Давайте посмотрим, какую полезную информацию мы можем почерпнуть из этих диаграмм.

Сначала рассмотрим кривую мощности. Необходимо сразу пояснить, что мощность является, по сути, производной крутящего момента и рассчитывается по формуле

где: P - мощность двигателя в ваттах или нм/с.

n - количество оборотов двигателя в минуту.

9,5492 - коэффициент перевода оборотов в минуту - в радианы в секунду, определяемый по Таблице перевода единиц измерения угловой скорости .

Исходя из этой формулы, можно сказать, что мощность это сумма крутящих моментов произведенных в двигателе за единицу времени. С увеличением оборотов мощность двигателя увеличивается, с небольшим замедлением роста в точке В. до точки С (6250 об/мин.), после которой наблюдается резкое падение мощности. Таким образом, диаграмма мощности наглядно демонстрирует, что максимальная мощность достигается при 6250 об/мин и закручивать двигатель выше этих оборотов бессмысленно, а иногда и опасно. Он конструктивно на это не рассчитан.

Теперь перейдём к диаграмме крутящего момента. Тут всё сложнее и интереснее. На начальном этапе до точки А кривая момента растёт синхронно с кривой мощности. Вполне логично предположить, что и дальше эта кривая должна, пусть даже не параллельно кривой мощности, как отмечено пунктирной линией, но все-таки расти.

Однако в реальности мы видим, что на участке от точки А до точки В рост резко замедляется, а после точки В кривая момента начинает, как сказал бы классик, падать вниз стремительным домкратом , что противоречит логике и здравому смыслу. Ведь обороты растут. И растут они потому что увеличивается сила в цилиндре, а следовательно должен увеличиваться и крутящий момент.

На самом деле никакого противоречия нет. И крутящий момент в цилиндре действительно растёт. Но это в цилиндре, а мы имеем дело с кривой построенной по значениям измеренным на выходе из двигателя в целом. Как правило, классический 4-х тактный двигатель имеет не менее 4-х цилиндров. И в то время как в 1-ом цилиндре формируется крутящий момент, во 2-ом цилиндре идет такт выпуска, на что нужно затратить часть крутящего момента созданного в 1-ом цилиндре, в 3-м цилиндре - такт сжатия топливовоздушной смеси, которая не очень желает сжиматься и, наконец, в 4-м такт выпуска - тоже требующий каких-то затрат момента.

Помимо этого существует еще достаточное количество различных внутренних сопротивлений двигателя, на которых мы сейчас останавливаться не будем. Мы рассмотрим их в следующей статье, посвящённой способам повышения мощности и крутящего момента.

Исходя из вышеизложенного можно сказать, что говоря о кривой крутящего момента, мы фактически говорим об остаточном крутящем моменте. который отличается от произведенного на величину суммарных потерь на преодоление сопротивлений внутри двигателя.

Какую же полезную для нас информацию даёт эта кривая?

Диаграмма крутящего момента показывает в каких пределах необходимо поддерживать обороты двигателя для получения наилучшей динамики разгона автомобиля. Видя, что максимум крутящего момента находится в районе 3400-3800 оборотов в минуту нужно понимать, что при достижении 4000-4200 об/мин в процессе разгона автомобиля на 1 передаче следует переключиться на 2 передачу. При этом обороты двигателя упадут примерено до 3000-3200 об/мин. Нажав на педаль газа, мы снова выведем обороты двигатель в район максимального крутящего момента и опять получим максимально динамичный разгон. Ну и так далее, до самой высшей передачи. При падении скорости и оборотов, например на затяжных подъёмах всё обстоит с точностью до наоборот.

Вот такая игра с оборотами в процессе набора или падения скорости, заключающаяся в удержании стрелки тахометра в как можно более узком диапазоне оборотов в районе максимального крутящего момента и является мастерством водителя или гонщика. Поверьте, добиться этого не так легко и просто, как кажется.

Крутящий момент двигателя

Крутящий момент двигателя – это тяговая характеристика двигателя, которая в отличие от мощности дает весьма отдаленное представление об истинных возможностях автомобиля. Для того чтобы наиболее полно ответить на вопрос: «Крутящий момент что это?», необходимо, прежде всего, уяснить, что момент двигателя и момент на колесах автомобиля – это две большие разницы. Крутящий момент двигателя, будучи величиной, равной силе на плечо (Н*м) – сила давления сгоревших в двигателе газов через поршень и шатун на плечо кривошипа коленвала, показывает лишь потенциал мотора, а сам автомобиль, в конечном итоге, движет крутящий момент на колесах.

График крутящего момента

Пример №1. Суперкар мощностью 500 сил с крутящим моментом двигателя 500 Н*м и магистральная фура-тягач с отдачей 500 сил и 2500 Н*м, на колесах, тем не менее, имеют абсолютно равный крутящий момент при движении с одинаковой скоростью на оборотах максимальной мощности: М (момент на колесах, приводящий машины в движение) = N (мощность двигателя) / n (обороты колеса, при условии, что у суперкара и фуры они одинакового диаметра).

Вывод: цифра мощности отражает тягу и динамику автомобиля, а цифра крутящего момента двигателя, не учавствующая в вычислениях, может быть любой и не имеет значения.

Пример №2. Зайдем с другой стороны. Тот же суперкар и фура с вышеуказанными характеристиками (аналоги Porsche 911 GT3 RS 4.0. Scania R500 и многие другие суперкары и грузовики), как правило, имеют максимальные обороты двигателя около 9000 и 1800 соответственно. Для того чтобы компенсировать пятикратную разницу в оборотах (иметь ту же скорость движения), на фуре придется применять в пять раз более «длинную » трансмиссию, которая, соответственно, будет передавать в 5 раз меньше момента на колеса: 2500 Н*м делим на 5 и получаем те же 500 Н*м (приведенный момент), как в суперкаре.

Вывод: мы получили то же равенство тягово-динамического потенциала машин равной мощности, что и в примере №1.

В представленной таблице крутящего момента двигателей, цифры Нм приведены к величине 7000 об/мин.

Таблица крутящего момента и мощности

Обновления сайта

29.07.

Обновление автокаталога. Добавлены характеристики автомобилей - года выпуска (более 1000 моделей и модификаций). 01.04-5.

На сайт добавлена Доска бесплатных автомобильных объявлений . 12.04.

В таблицу сравнения добавлены характеристики автомобилей Acura, Infiniti, Lexus года выпуска.

05.01.

Исправлены характеристики автомобилей ГАЗ . Добавлены новые характеристики. 20.12.

В таблицу сравнения добавлены характеристики автомобилей Audi, BMW, Citroen, Dacia, Fiat, Honda, Infiniti, Mercedes-Benz, Nissan, Opel, Seat, Volkswagen 2010- года выпуска. 22.08.

Редизайн сайта. 05.08.

В таблицу сравнения добавлены характеристики Китайских аватомобилей Brilliance, BYD, Chery, FAW, Great Wall 2004- года выпуска. 06.07.

Добавлена статья Краш тесты и рейтинг безопасности автомобилей. и раздел Рейтинг безопасности в Таблицу сравнения характеристик автомобилей . 03.06.

В таблицу сравнения добавлены характеристики моделей Aston Martin, Land Rover, Jaguar, Mini, Acura, Infiniti, Jeep, Lexus и другие модели Английских и Американских авто производителей 2006- года выпуска. 22.05.

Добавлена статья Рейтинг надежности автомобилей. и раздел Рейтинг TUV в Таблицу сравнения характеристик автомобилей . 18.05.

Редизайн сайта. 06.05.

В таблицу сравнения добавлены характеристики моделей Honda, Mazda, Mitsubishi, Nissan, Subaru, Suizuki, Toyota 2009- года выпуска. 22.04.

В таблицу сравнения добавлены характеристики моделей Fiat, Ford, Kia, Hyundai 2009- года выпуска. 06.03.

В таблицу сравнения добавлены характеристики моделей Citroen, Peugeot, Renault 2009- года выпуска. 21.02.

Устранены недоработки в таблице сравнения характеристик автомобилей. Обновлены ссылки на скачивание. 02.02.

В таблицу сравнения добавлены характеристики моделей Audi, BMW, M-B, Opel, VW, 2010- года выпуска. 14.01.

Добавлена статья Выбор масла и раздел Масло в таблицу сравнения характеристик. 10.12.2010

Создание сайта.

Крутящий момент двигателя автомобиля.

Крутящий момент двигателя автомобиля, отображаемый в Таблице сравнения основных характеристик автомобилей , которую можно скачать бесплатно . принято считать одной из основных характеристик силового агрегата.

Чтобы понять, что такое крутящий момент двигателя автомобиля и чем он генерируется, необходимо рассмотреть процесс возникновения и взаимодействия сил действующих на поршни в двигателе внутреннего сгорания.

Образование крутящего момента.

Наведя курсор мышки на рисунок рис.1 можно увидеть как работает бензиновый двигатель на примере работы одного цилиндра. Весь рабочий цикл протекает в течение двух полных оборотов коленвала и состоит из 4-х тактов, каждый из которых занимает половину оборота:

  1. Такт впуска, в процессе которого в цилиндр подаётся топливо смешанное с воздухом.
  2. Такт сжатия поступившей топливовоздушной смеси.
  3. Такт работы или рабочий ход, в течение которого создаётся крутящий момент.
  4. Такт выпуска, основная задача которого освободить цилиндр от продуктов сгорания и выхлопных газов и, тем самым, подготовить цилиндр для принятия очередной порции топливовоздушной смеси.

Поскольку нас интересует именно крутящий момент, то рассматривать мы будем только такт рабочего хода поршня и то, что происходит в цилиндре в этот момент.

И так, топливовоздушная смесь воспламенившись нагревает рабочее тело. заставляя его резко расшириться, что приводит к созданию силы F₁. которая начинает двигать поршень вниз. Усилие через поршень и шатун передаётся на шатунную шейку, смещенную относительно оси вращения коленвала на величину R. Эта величина называется плечом коленвала, равна половине хода поршня и является постоянной. Все двигатели внутреннего сгорания сконструированы таким образом, что самостоятельно могут работать только на холостых оборотах. Для того, чтобы увеличить обороты необходимо с помощью педали газа увеличить подачу топливовоздушной смеси в цилиндр. Это приведёт к увеличению силы F₁. что повлечёт за собой увеличение скорости поршня и, как следствие, увеличение числа оборотов.

В физике крутящий момент или момент силы определяется как произведение силы на плечо и выражается формулой:

где: F #8212 постоянно действующая сила. R #8212 плечо к которому она приложена под углом 90°.

Взглянув на рисунок можно увидеть, что рассчитать по этой формуле крутящий момент двигателя весьма сложно, если не невозможно, по следующим причинам:

  • Сила F₁ не является постоянной, так как при движении поршня вниз объём цилиндра увеличивается, что приводит к уменьшению силы от какого-то максимального значения до 0. Так же уменьшению силы способствует быстрое падение температуры рабочего тела из-за наличия системы охлаждения цилиндра.
  • В точке приложения действует сила F₂. которая меньше силы F₁ из-за потерь на трение в местах контакта сопряженных деталей (поршневых колец и стенок цилиндра, поршня и шатуна, шатунных вкладышей и коленвала).
  • Сила F₂ приложена к плечу R не под прямым углом, который является оптимальным для создания крутящего момента, а под изменяемым от 180 до 0 .

Видимо по этим причинам крутящий момент двигателя не рассчитывают, а просто измеряют при различных оборотах. Результаты измерений отображают в виде диаграммы крутящего момента вместе с диаграммой мощности двигателя.

Диаграммы мощности и крутящего момента.

Таких диаграмм в интернете можно найти достаточно большое количество. Рассмотрим одну из них, первую попавшуюся, и попытаемся понять о чем она нам говорит. Пусть это будет стандартная диаграмма мощности и крутящего момента автомобиля BMW 318i (рис.2) .

Сразу обращает на себя внимание тот факт, что диаграмма имеет три шкалы шкалу крутящего момента в ньютонометрах, расположенную слева, шкалу мощности в лошадиных силах расположенную справа и шкалу оборотов в минуту расположенную внизу, кроме того кривая крутящего момента начинается выше кривой мощности и впоследствии пересекает её, чего по идее быть не должно.

Попробуем привести эти диаграммы к какому-то понятному и удобоваримому виду. Прежде всего перейдём от лошадиных сил к киловаттам, так как лошадиная сила является устаревшей внесистемной единицей измерения, не применяемой в физике. Для этого все значения диаграммы мощности необходимо разделить на 1,36.

Более того зная, что 1 киловатт = 1000 ватт, а 1 ватт = 1 ньютонометр в секунду мы имеем возможность перевести значения мощности в нм/с, что вполне сопоставимо со значениями крутящего момента и позволяет нам перейти к единой шкале.

После построения диаграмм по новым шкалам (рис.3) сразу бросается в глаза тот факт, что крутящий момент это десятки и сотни ньютонометров, а мощность - десятки тысяч нютонометров, что на 2 порядка выше и пересекаться они никак не могут. Давайте посмотрим, какую полезную информацию мы можем почерпнуть из этих диаграмм.

Сначала рассмотрим кривую мощности. Необходимо сразу пояснить, что мощность является, по сути, производной крутящего момента и рассчитывается по формуле

где: P - мощность двигателя в ваттах или нм/с.

n - количество оборотов двигателя в минуту.

9,5492 - коэффициент перевода оборотов в минуту - в радианы в секунду, определяемый по Таблице перевода единиц измерения угловой скорости .

Исходя из этой формулы, можно сказать, что мощность это сумма крутящих моментов произведенных в двигателе за единицу времени. С увеличением оборотов мощность двигателя увеличивается, с небольшим замедлением роста в точке В. до точки С (6250 об/мин.), после которой наблюдается резкое падение мощности. Таким образом, диаграмма мощности наглядно демонстрирует, что максимальная мощность достигается при 6250 об/мин и закручивать двигатель выше этих оборотов бессмысленно, а иногда и опасно. Он конструктивно на это не рассчитан.

Теперь перейдём к диаграмме крутящего момента. Тут всё сложнее и интереснее. На начальном этапе до точки А кривая момента растёт синхронно с кривой мощности. Вполне логично предположить, что и дальше эта кривая должна, пусть даже не параллельно кривой мощности, как отмечено пунктирной линией, но все-таки расти.

Однако в реальности мы видим, что на участке от точки А до точки В рост резко замедляется, а после точки В кривая момента начинает, как сказал бы классик, падать вниз стремительным домкратом , что противоречит логике и здравому смыслу. Ведь обороты растут. И растут они потому что увеличивается сила в цилиндре, а следовательно должен увеличиваться и крутящий момент.

На самом деле никакого противоречия нет. И крутящий момент в цилиндре действительно растёт. Но это в цилиндре, а мы имеем дело с кривой построенной по значениям измеренным на выходе из двигателя в целом. Как правило, классический 4-х тактный двигатель имеет не менее 4-х цилиндров. И в то время как в 1-ом цилиндре формируется крутящий момент, во 2-ом цилиндре идет такт выпуска, на что нужно затратить часть крутящего момента созданного в 1-ом цилиндре, в 3-м цилиндре - такт сжатия топливовоздушной смеси, которая не очень желает сжиматься и, наконец, в 4-м такт выпуска - тоже требующий каких-то затрат момента.

Помимо этого существует еще достаточное количество различных внутренних сопротивлений двигателя, на которых мы сейчас останавливаться не будем. Мы рассмотрим их в следующей статье, посвящённой способам повышения мощности и крутящего момента.

Исходя из вышеизложенного можно сказать, что говоря о кривой крутящего момента, мы фактически говорим об остаточном крутящем моменте. который отличается от произведенного на величину суммарных потерь на преодоление сопротивлений внутри двигателя.

Какую же полезную для нас информацию даёт эта кривая?

Диаграмма крутящего момента показывает в каких пределах необходимо поддерживать обороты двигателя для получения наилучшей динамики разгона автомобиля. Видя, что максимум крутящего момента находится в районе 3400-3800 оборотов в минуту нужно понимать, что при достижении 4000-4200 об/мин в процессе разгона автомобиля на 1 передаче следует переключиться на 2 передачу. При этом обороты двигателя упадут примерено до 3000-3200 об/мин. Нажав на педаль газа, мы снова выведем обороты двигатель в район максимального крутящего момента и опять получим максимально динамичный разгон. Ну и так далее, до самой высшей передачи. При падении скорости и оборотов, например на затяжных подъёмах всё обстоит с точностью до наоборот.

Вот такая игра с оборотами в процессе набора или падения скорости, заключающаяся в удержании стрелки тахометра в как можно более узком диапазоне оборотов в районе максимального крутящего момента и является мастерством водителя или гонщика. Поверьте, добиться этого не так легко и просто, как кажется.

Источники: http://www.carlik.com/m/torque_mob.php, http://topruscar.ru/terms/krutyashhij-moment, http://www.carlik.com/torque.php






Комментариев пока нет!

Поделитесь своим мнением