Крутящий момент — наравне с мощностью, одна из главных характеристик двигателя внутреннего сгорания. Крутящий момент является показателем силы вращения коленчатого вала двигателя и рассчитывается как величина силы прикладываемой на плечо рычага. Крутящий момент измеряется в Ньютонах на метр (Нм). Крутящий момент и мощность двигателя изменяются вместе с количеством, поступающей в цилиндры двигателя, топливо-воздушной смеси и оборотами двигателя. Величина крутящего момента оказывает влияние на динамические характеристики двигателя и его способность разгонять автомобиль в широком диапазоне скоростей.
Содержание
Что такое крутящий момент
Крутящий момент — векторная величина, определяемая как произведение радиус-вектора точки приложения силы и вектора силы.
Говоря простым языком, крутящим моментом называется произведение силы на длину рычага. Крутящий момент измеряется в ньютон-метрах (Нм).
Например: гайка затянута с усилием 3 кгс, для ее откручивания к гаечному ключу с длиной плеча 1 метр придется приложить усилие 3 кг, что соответствует крутящему моменту 0,3 Нм.
Крутящий момент в двигателе
Крутящий момент в двигателе образуется за счет сгорания топливо-воздушной смеси, которая расширяясь в объеме с усилием толкает поршень. Поршень через шатун передает давление на шейку коленчатого вала. Таким образом, сила толкающая поршень возникает от сгорания топливо-воздушной смеси, а рычагом является кривошипно-шатунный механизм.
Крутящий момент двигателя измеряется в Ньютон метрах (Нм) или килограмм-сила на метр (кгс/м).
Крутящий момент двигателя можно получить умножив силу давления поршней на длину рычага кривошипа. Например: поршень двигает шатун с усилием 200 кг на плечо 5 см, при этом образуется крутящий момент 10 кгс или 98,1 Нм.
Для увеличения крутящего момента двигателя нужно либо увеличить давление расширяющихся газов на поршень, либо увеличить радиус кривошипа. При увеличении радиуса кривошипа одновременно растут размеры блока цилиндров в высоту и ширину и нарастают силы инерции, поэтому большинство разработчиков моторов, для увеличения крутящего момента двигателя, идут по пути наращивания силы давления поршня.
Для увеличения силы давления на поршень в камере сгорания следует сжигать больше топливо-воздушной смеси, обеспечивая при этом ее более качественное сгорание. Для этого конструктора двигателей увеличивают объем камеры сгорания, повышаю степень сжатия, увеличивают количество клапанов на цилиндр, используют управление фазами газораспределения, используют турбо или механический надув.
Формула крутящего момента от мощности
Для расчета крутящего момента двигателя по мощности двигателя в киловаттах и числу оборотов в минуту можно использовать общепринятую формулу:
M = P х 9550 / N
M — крутящий момент в Ньютонах на метр (Нм)
P — мощность двигателя в киловаттах (кВт)
N — число оборотов двигателя в минуту
9550 — постоянный коэффициент
График крутящего момента
Крутящий момент меняется вместе с количеством поступающей в цилиндры топливо-воздушной смеси и оборотами двигателя. Зависимость крутящего момента от оборотов двигателя иллюстрирует график крутящего момента и мощности двигателя.
График крутящего момента и мощности строится для любого двигателя с помощью замеров на специальном оборудовании.
Типовые характеристики зависимости мощности и крутящего момента от оборотов двигателя приведены на прилагаемом графике.
На горизонтальной оси (оси X) указаны обороты двигателя, которые увеличиваются слева направо. По вертикальной оси (оси Y) слева указана сила крутящего момента (Нм), на вертикальной оси справа указано значение мощности (л.с.). График крутящего момента изображен синей линией, график мощности изображен красной линией.
На графике крутящего момента видно, что крутящий момент увеличивается до 3000 об/мин, затем наступает относительно пологий участок.
Рост крутящего момента объясняется увеличением количества поступающей воздушно-топливной смеси за единицу времени в цилиндры двигателя.
На оборотах двигателя около 4300 об/мин достигается максимум крутящего момента около 180 Нм. Затем после 4500 об/мин крутящий момент начинает падать.
Падение крутящего момента объясняется механическими потерями на трение и инерционными потерями в двигателе.
На графике мощности видно, что мощность увеличивается до достижения оборотов около 5000 об/мин, мощность двигателя на этих оборотах достигает 120 л.с.
Мощность продолжает расти даже при снижении крутящего момента из-за того, что мощность пропорциональна произведению крутящего момента на величину оборотов двигателя, поэтому несмотря на снижение крутящего момента произведение крутящего момента на обороты еще продолжает расти.
После 5000 об/мин мощность двигателя снижается, потому что уменьшение крутящего момента превышает крутизну увеличения оборотов.
От чего зависит крутящий момент
Крутящий момент двигателя внутреннего сгорания зависит от нескольких факторов:
- Рабочий объем двигателя
- Давление в цилиндрах
- Площадь поршня
- Радиус кривошипа (рычага) коленчатого вала
Рабочий объем двигателя, давление создаваемое в цилиндрах и площадь поршня оказывают влияние на величину силу, радиус кривошипа оказывает влияние на величину рычага.
Увеличение крутящего момента
Компании производители автомобилей используют несколько способов увеличения крутящего момента двигателя:
- Уменьшение объема камеры сгорания для повышения степени сжатия
- Установка коленчатого вала большим коленом
- Использование большое количество клапанов
- Установка турбокомпрессоров
Существуют несколько способов увеличения крутящего момента с помощью тюнинга:
- Установка на двигатель фильтра нулевого сопротивления
- Замена стандартного глушителя на прямоточный
- Перенастройка карбюратора
- Произведение чип-тюнинга (замена программного обеспечения электронного блока управления двигателя)
- Выполнение расточки блока цилиндров для увеличения рабочего объема двигателя
- Замена поршней на более легкие по массе
- Замена форсунок
- Установка распределительного вала с измененными газораспределительными фазами
- Установка турбокомпрессора
Крутящий момент и мощность
Крутящий момент и мощность являются взаимосвязанными величинами. Мощностью называют суммарное количество работы совершенной двигателем за определенное время.
Другими словами: мощность — это крутящий момент умноженный на величину оборотов. Мощность двигателей внутреннего сгорания измеряют в лошадиных силах (л.с.) и киловаттах (кВт).
Измерение мощности в лошадиных силах предложил в 1789 году английский изобретатель Джеймс Уатт. Мощностью в 1 лошадиную силу приняли работу совершаемую лошадью по подъему груза в 90 кг (165 фунтов) со скоростью 1 метр (3,28 футов) в секунду. Одна метрическая лошадиная сила равна 735,5 Ватт.
Формула мощности от крутящего момента
Для расчета мощности двигателя от крутящего момента и числа оборотов в минуту можно использовать формулу:
P (л.с.) = M х N / 5252
P — мощность двигателя в лошадиных силах (л.с.)
M — крутящий момент в Ньютонах на метр (Нм)
N — число оборотов двигателя в минуту
5252 — постоянный коэффициент
Для расчета мощности двигателя от крутящего момента и числа оборотов в минуту можно также использовать формулу:
P (кВт) = M х N / 9549
P — мощность двигателя в лошадиных силах (кВт)
M — крутящий момент в Ньютонах на метр (Нм)
N — число оборотов двигателя в минуту
9549 — постоянный коэффициент
Крутящий момент в дизельных и бензиновых двигателях
Графики крутящего момента дизельных и бензиновых двигателей существенно различаются.
Высокий крутящий момент у дизельного двигателя возникает на более низких оборотах, поэтому дизель способен развивать тягу практически с холостых оборотов. Максимальный крутящий момент у дизельных двигателей установленных на легковых автомобилях возникает при 2000-3000 об/мин, у дизельных двигателей установленных на грузовых автомобилях при 900-1500 об/мин. При этом, полка рабочего диапазона у дизельного двигателя намного уже и дизель требует перехода на более высокую передачу. Максимальные обороты дизельных двигателей меньше, чем у бензиновых двигателей.
Высокий крутящий момент у бензинового двигателя возникает позже, чем у дизельного. Бензиновому мотору требуется сначала раскрутиться. Максимальный крутящий момент у большинства бензиновых двигателей возникает при 3000-4000 об/мин. Бензиновые двигатели способны обеспечить более высокие максимальные обороты, чем дизельные двигатели.
Крутящий момент в легковом и грузовом транспорте
Большинство тяжелых грузовых автомобилей комплектуются дизельными двигателями. Дизельные двигатели обеспечивают высокий крутящий момент на низких оборотах, который необходим чтобы сдвинуть тяжело нагруженный грузовой автомобиль с места. Дизельные двигатели также обеспечивают высокий крутящий момент, который обеспечивает большую грузоподъемность автомобилю.
Легкие грузовые автомобили и микроавтобусы, выполняющие рейсы по городу и на небольшие расстояния между городами, могут комплектоваться бензиновыми двигателями. Бензиновые двигатели лучше запускаются в морозы и обеспечивают лучшую маневренность.
Легковые автомобили традиционно оснащаются бензиновыми двигателями, но в последнее время растет количество легковых автомобилей оснащенных дизельными двигателями. Современные дизельные двигатели по своим характеристикам не уступают бензиновым, а в чем то и превосходят их.
Советы автовладельцам
Большинство компаний производителей автомобилей в маркировке двигателей своих автомобилей указывают их рабочий объем и мощность.
Рабочий объем двигателя в настоящее время мало что говорит о его мощности. В двигателях современных автомобилей используются системы многоступенчатого наддува и сложные системы впрыска, за счет чего мощность двигателей, при том же объеме, выросла в 2-3 раза.
Максимальная мощность двигателя сама по себе мало что говорит о технических характеристиках двигателя. Автомобиль с двигателем меньшей мощности может оказаться резвее и интереснее на дороге автомобиля с более мощным двигателем.
Автомобиль с двигателем с более высокой мощностью имеет более высокую максимальную скорость. Автомобиль с двигателем с более высоким крутящим моментом имеет лучшую динамику разгона.
При выборе среди двух моторов с примерной одинаковой мощностью, выбирайте мотор с более высоким крутящим моментом.
При выборе двигателя внимательно изучите график мощности и крутящего момента для этого двигателя. Обращайте внимание не только на абсолютную величину крутящего момента, но и на диапазон оборотов, на которых крутящий момент близок к своему максимуму и насколько эти обороты близки к оборотам максимальной мощности.
Важное значение имеет рабочий диапазон двигателя. Рабочим диапазоном называется диапазон оборотов двигателя между максимальным крутящим моментом и максимальной мощностью двигателя. В рабочем диапазоне двигатель обеспечивает максимальную производительность и эффективность.
Для обеспечения максимального разгона нужно переключать передачи на оборотах от пика момента до пика мощности. Двигатель при разгоне должен как можно больше работать в зоне его максимальной мощности, то есть на высоких оборотах около точки максимальной мощности, а при переключении передачи попадать в зону с как можно большей достижимой мощностью.
Величина тяги на ведущих колесах зависит от произведения величины крутящего момента, передаточного числа трансмиссии, КПД трансмиссии и радиуса качения колеса. В трансмиссии теряется 10-20% мощности. Механические и роботизированные коробки передач обеспечивают наименьшую потерю мощности. Вариаторы уступают им из-за низкого КПД при больших передаточных отношениях. Автоматические коробки передач (АКПП) дают самую большую потерю мощности.
Таблица крутящего момента и мощности
| Автомобиль | Максимальная мощность, л.с. | На оборотах | Крутящий момент, Нм | На оборотах |
|---|---|---|---|---|
| Audi A6 C8 3.0 AMT | 340 | 6500 | 500 | 4500 |
| Audi A4 B9 2.0 AMT | 265 | 6500 | 370 | 4500 |
| Audi Q7 4M 3.0 AT | 340 | 6500 | 500 | 4500 |
| BMW X5 G05 3.0 AT | 381 | 6850 | 540 | 5000 |
| BMW M550i G30/G31 4.4 AT | 530 | 6000 | 750 | 4600 |
| BMW M530d G30/G31 3.0 AT | 249 | 4000 | 620 | 2500 |
| Chevrolet Cruze II 1.4MT | 153 | 5600 | 240 | 4000 |
| Ferrari F8 3.9 AMT | 720 | 7000 | 770 | 3250 |
| Ford Focus IV 1.0 AMT | 155 | 6000 | 240 | 2500 |
| Honda Civic XI 1.5 MT | 203 | 6000 | 261 | 5000 |
| Hyundai Solaris II 1.6 AT | 123 | 6300 | 151 | 4850 |
| Hyundai Creta II 2.0 AT | 150 | 6200 | 191 | 4500 |
| Kia Sportage V 2.0 AT | 150 | 6200 | 192 | 4500 |
| Kia Rio IV 1.6 AT | 123 | 6300 | 151 | 4850 |
| Kia Ceed III 1.6 AT | 128 | 6300 | 155 | 4850 |
| Lamborghini Aventador SVJ 6.5 AMT | 770 | 8500 | 720 | 6750 |
| Lexus RX 2.4 AT | 249 | 6000 | 430 | 3600 |
| Mazda CX-5 II 2.5 AT | 196 | 6000 | 252 | 4000 |
| Mercedes Benz W214 E200 2.0 AT | 204 | 5800 | 320 | 4000 |
| Mercedes Benz W206 C180 1.5 AT | 170 | 6100 | 250 | 4000 |
| Mercedes Benz W167 450 4MATIC 3.0 AT | 381 | 6100 | 500 | 5000 |
| Mitsubishi Outlander IV 2.5 CVT | 184 | 6000 | 246 | 3600 |
| Nissan X-Trail IV 2.5 CVT | 184 | 6000 | 244 | 3600 |
| Opel Astra L 1.2 AT | 130 | 5500 | 230 | 1750 |
| Porsche 911 VII 3.0 AMT | 385 | 6500 | 450 | 5000 |
| Renault Logan II 1.6 AT | 102 | 5750 | 145 | 3750 |
| Skoda Octavia IV 1.6 AT | 110 | 5800 | 155 | 3800 |
| Suzuki Grand Vitara IV 1.5 AT | 103 | 6000 | 137 | 4400 |
| Suzuki Vitara II 1.6 AT | 117 | 6000 | 151 | 4400 |
| Toyota Corolla XII 1.5 CVT | 121 | 6600 | 148 | 5000 |
| Toyota Land Cruiser 300 3.4 AT | 309 | 4000 | 700 | 2600 |
| Toyota RAV4 V 2.5 AT | 199 | 6600 | 243 | 5000 |
| Volkwagen Polo VI 1.0 AMT | 95 | 5000 | 175 | 3500 |
| Volkswagen Passat B8 2.0 AMT | 190 | 6000 | 320 | 4100 |
| Volkswagen Tiguan II 2.0 AMT | 200 | 4100 | 400 | 3500 |
| Volkwagen Golf VII 1.5 AMT | 150 | 6000 | 250 | 3500 |
| Volkswagen Jetta VII 2.0 AMT | 228 | 6500 | 350 | 4000 |
| Volkswagen Touareg III 3.0 AT | 340 | 6400 | 450 | 5300 |
| LADA Granta 1.6 MT | 87 | 5100 | 140 | 3800 |
| LADA Largus 1.6 MT | 90 | 5000 | 140 | 3800 |
| Niva Legend 1.7 MT | 83 | 5000 | 129 | 4000 |
| LADA Vesta 1.6 MT | 90 | 5000 | 143 | 3800 |
| LADA XRAY 1.6 MT | 106 | 5800 | 148 | 4200 |
Оставить комментарий