full screen background image

Разберёмся, что такое мощность и крутящий момент

19

Разберёмся, что такое мощность и крутящий момент

Что же может заинтересовать потребителей, желающих изучить технические характеристики машины? Как правило, автолюбителей интересует сперва мощность, затем наверняка расход топлива, а также максимальная скорость, развиваемая бывшим владельцем на этом авто. Такое понятие, как крутящий момент, затрагивается не так часто, как можно было бы.

Общие сведения

Двигатель автомобиля BMW

Возможность тяги двигателя принято оценивать в лошадиных силах

Возможности тяги двигателя принято оценивать ещё со времён создания самоходной техники. И принято эту меру выражать в лошадиных силах. Вплоть до 1907 года мощность двигателя измерялась ориентировочно: обозначалась в пределах от и до (к примеру, от 16 до 25 лошадиных сил). А с 1907 года показатель был разделен на две составляющие, например 7/23. Первая цифра отражала значение ставки по налогу, а вторая — непосредственно значение мощности. Величина «лошадиная сила» сопоставлялась по значению с рабочим объёмом силового агрегата автомобиля. У четырёхтактных силовых агрегатов — это 261,8 кубического сантиметра, для двухтактных моторов — 174,5. Мощность обозначать начали в киловаттах (кВт), как принято сейчас по международной системе SI, гораздо позже.

В реальной же работе понятие «мощность двигателя» не раскрывает способности автомобиля совершать тяговые усилия. Если, ради сравнения, взять автомобили одного класса с относительно равными мощностями и объёмами моторов, то только тогда можно говорить о том, что для некоторых авто резвость характерна на небольших оборотах, для других же — на высоких. Точно так же как на бензиновом агрегате мощностью в 110–130 лошадиных сил можно уступить в разгоне такому же дизельному легковику с мощностью не более 70–80 л. с.

Конечно, всему есть разумное объяснение и подобный случай не исключение. Объяснение этому найти весьма просто: в каждом случае сила тяги на ведущих колёсах различная по своему значению. Всё объясняется весьма несложно. Достаточно взять формулу, где сила тяги F=M×i×h/r; M — крутящий момент, i — передаточное число, h — коэффициент полезного действия трансмиссии, r — радиус колеса. Разбирая формулу, напрашивается вывод: чем выше значения крутящего момента и передаточного числа, а также процент потерь в трансмиссии меньше, то значение силы тяги будет выше.

Двигатель автомобиля

КПД трансмиссии, колёсный радиус и передаточное чисто у авто одного класса схожи, поэтому большое влияние на силу тяги и оказывает крутящий момент силового агрегата.

Крутящий момент — что это?

Вспоминая уроки физики, напрашивается вывод о том, что крутящий момент демонстрировали с помощью папки и груза. В реальном же автомобиле нет никаких ни грузиков, ни папок, там есть целые сложные устройства. Процесс работы, называемый крутящим моментом, в двигателе образуется в результате сгорания смеси топлива, расширяющейся при сгорании и проталкивающей поршень. Сквозь шатун поршень поддавливает на участок коленвала.

Ориентировочно крутящий момент рассчитывается следующим путём: поршень подталкивает шатун с силой порядка двухсот килограмм на плечо в пять сантиметров, в результате чего образуется крутящий момент порядка 10 кг·м или 98 Н·м. Для увеличения крутящего момента увеличивается радиус кривошипа либо изменяются настройки механизма так, дабы сила надавливания поршня была больше. Радиус кривошипа увеличивается до определённого порога. Ввиду этого размер двигателя также нужно увеличивать.

У кого силы больше?

Величина крутящего момента значительно больше у многоцилиндровых моторов, агрегатов с турбированным и механическим наддувом. Наибольшего же показателя крутящего момента можно достигнуть в дизельных двигателях. Большинство из них могут обеспечить авто повышенную динамику даже при 800 или 1000 оборотах за 60 секунд. Если же есть большое желание приобрести дизельный оборотистый автомобиль с повышенной динамикой, но ввиду каких-то причин на это нет возможности — следует выбирать авто с таким силовым агрегатом, у которого максимальный крутящий момент достигается на меньших оборотах. Подобные автомобили легче поддаются разгону. Иначе придётся «насильно душить» двигатель оборотами, значительно увеличивая при этом расход топлива. Детали при такой езде также быстрее изнашиваются.

Современные разработки в области автопрома указывают на то, что создатели новых моделей всячески пытаются избежать «пропасти» в рамках разгона и сделать его более-менее равномерным на всём диапазоне оборотов. Это все модернизируется, дабы избежать ситуации, в которой величина крутящего момента не способна передать колёсам большую силу тяги. Одним из представителей подобных силовых агрегатов является 6-цилиндровый турбированный двигатель Ауди объёмом 2,7 литра V-образной формы. Мощность двигателя двести пятьдесят лошадиных сил. В диапазоне от 1700 до 4600 он развивает крутящий момент в пределах 350 Н·м. Ещё один немецкий автомобиль, Фольксваген, с турбированным двигателем объёмом 1,8 литра и мощностью в 180 лошадиных сил развивает крутящий момент в 228 Н·м в пределах от 2000 до 5000 оборотов. Несомненно, большое удовольствие приносит езда на подобных авто — невзирая на количество оборотов при нажатии на «газ», железный конь послушно и резво начинает разгоняться. Это приносит удовольствие не только любителям скоростной езды, но и может сделать движение более уверенным при выходе на обгон в нужный момент.

Повышать и «выравнивать» крутящий момент в новых двигателях пытаются несколькими способами:

  • устанавливаются несколько (от трёх до пяти) клапанов на один цилиндр;
  • меняются механизмы распределения газов;
  • впускной тракт двигателя делается меньшей длины;
  • турбинная крыльчатка выполняется из керамики и остаётся возможным изменять угол наклона лопаток.

Двигатель автомобиля Chevtolet Corvette ZR-1

Все эти манипуляции создателей имеют одну цель — всеми возможными способами совершенствовать и модернизировать процесс насыщения цилиндров. В данных разработках наибольшего успеха достигли специалисты-разработчики компании Сааб. В один из новых своих моторов объёмом 1,6 л была умещена мощность в 225 лошадок, а также крутящий момент в 305 Н·м. Шведские инженеры сумели добиться столь высокого прогресса благодаря изменению вместимости камеры сгорания топлива и уменьшению степени сжатия при различных режимах работы. Этому также способствовали и изменения в системе наддува высокого давления и система промежуточного охлаждения, а также использование четырёх клапанов на один цилиндр.

Немного о понятии «мощность»

А как же можно забыть о таком немаловажном показателе, как мощность. С этим понятием дело обстоит немного иначе, нежели с крутящим моментом. Во множестве источниках и на интернет-ресурсах рядом с характеристикой мощности указывается количество оборотов коленчатого вала, требуемых для достижения указанного параметра. Как правило, количество указываемых оборотов приближается к максимальному значению. В любой другой ситуации двигатель выдаёт лишь часть величины указанного параметра.

Найти этому всему объяснение совершенно несложно. Исходя из формулы расчётов мощности двигателя, исчисляемой в киловаттах, мощность (N) представляет собой произведение среднего крутящего момента двигателя (Mкр) и оборотов коленчатого вала (n, об/мин), и в дальнейшем все разделённое на 9549 (N=Mкр×n/9549). Из приведённой формулы ясно, что на величину мощности влияют и обороты силового агрегата и крутящий момент. Однако, сравнивая эти два значения даже усреднённо, можно сделать вывод, что значение величины крутящего момента гораздо меньше оказывает влияние на мощность, нежели количество оборотов (2900 оборотов против 110 Н·м). Это является ещё одним подтверждением того, что сила мотора не выражается в значении мощности.

Это также легко подтверждается с помощью наглядного примера. Во время езды по трассе с постоянной скоростью сила тяги двигателя расходуется на несколько противодействующих факторов (аэродинамика, потоки воздушных масс, качение колёс), а также на возникающее трение в некоторых узлах. Но если появляется необходимость пойти на обгон, ускориться не всегда удаётся, так как нужно ещё преодолеть и возникшую силу инерции. В таких случаях очень часто говорят о том, что двигателю недостаёт мощности. Однако это утверждение неверно. Сила тяги противостоит всем противодействующим силам, а зависит она именно от крутящего момента. Именно от его величины зависит, сможет ли автомобиль быстро ускориться.

Чтобы добиться более резкого ускорения, можно попросту переключиться на передачу ниже. Но в подобном случае может возникнуть непредвиденная опасность «перекрутить» мотор. Похожая ситуация может случиться и в момент подъёма на гору, где переход на пониженную передачу более вероятен.

Подведём итоги

Jaguar XF с открытым капотом

Проанализировав все нюансы, можно сделать вывод о том, что двигатель автомобиля может обладать абсолютно любой мощностью, всё равно за качество разгона и способность «вытащить» авто из подъёма отвечает крутящий момент. А в понятие мощности можно включить следующие показатели: количество расходуемого топлива, энергоёмкость, способность повышенной тяги и несколько других показателей.

Крутящий момент двигателя

Крутящий момент двигателя

Механизмы, узлы или детали автомобиля, все вместе и каждый по отдельности, безусловно важны, но основным элементом конструкции конечно же является двигатель. Анализ технических характеристик этого генератора движущей силы позволяет судить о том, насколько быстро авто набирает определенную скорость, как изменяются его тяговые и динамические возможности при увеличении его массы, езде в сложных дорожных условиях.

Базовые параметры двигателей внутреннего сгорания, бензиновых или дизельных, которые устанавливаются на абсолютное большинство современных легковых автомобилей, можно условно разбить на две группы.

Конструктивно заданные характеристики закладываются при проектировании и в процессе производства силового агрегата, являются неизменными в процессе эксплуатации:

  • тип двигателя (бензиновый или дизельный);
  • рабочий объем;
  • степень сжатия топливовоздушной смеси.

Показателями, характеризующими работу мотора или так называемыми рабочими параметрами, являются:

  • мощность;
  • крутящий момент;
  • удельный расход топлива.

Наибольший интерес вызывают параметры, от которых напрямую зависят динамические свойства автомобиля – это мощность и крутящий момент двигателя. Что же из себя представляют эти характеристики?

Что такое мощность двигателя

В официальных описаниях технических характеристик силовых агрегатов, параллельно с указанием мощности, обязательно приводится значение крутящего момента. Понятие мощности двигателя и понимание этого параметра, как правило, не вызывает сложностей – это физическая величина, характеризующая работу двигателя, выполняемую за единицу времени. То есть, мощность показывает, как быстро сможет автомобиль, имеющий определенную массу, преодолеть заданное расстояние. Чем больше мощность, тем больше максимальная скорость при неизменной снаряженной массе.

Мощность измеряется в ваттах или киловаттах (кВт), а также в лошадиных силах. Стоит отметить, что «лошадиная сила» – это внесистемная единица измерения (1 лошадиная сила = 735,5 Вт или 1 кВт = 1,36 л. с.).

Что такое крутящий момент двигателя

Несколько по-иному обстоит ситуация с пониманием крутящего момента, но, зная основные законы физики и базовое устройство силового агрегата, можно без труда прояснить это понятие. Крутящий момент двигателя – это качественный показатель, характеризующий силу вращения коленчатого вала. Этот параметр рассчитывается как произведение силы, приложенной к поршню, на плечо (расстояние от центральной оси вращения коленчатого вала до места крепления поршня (шатунной шейки)). Крутящий момент измеряется в ньютонах на метр (Нм).

Крутящий момент на коленчатом валу, как следует из вышеприведенной формулы, зависит от силы давления газов на поршень, а также от рабочего объема двигателя и степени сжатия топливной смеси в цилиндрах. Кстати сказать, значительно более высокий крутящий момент дизельных двигателей, по сравнению с аналогичными по объему бензиновыми моторами, объясняется чрезвычайно высокой степенью сжатия смеси дизельного топлива и воздуха в камерах сгорания (бензиновые — примерно 10:1, дизельные – около 20:1).

Высокий крутящий момент двигателя обеспечивает автомобилю отличную динамику разгона уже при низких оборотах вращения коленчатого вала, существенно увеличивает тяговые характеристики силового агрегата – повышает грузоподъемность авто и его проходимость.

Максимальное значение крутящего момента двигатель внутреннего сгорания достигает при определенных оборотах. У бензиновых моторов этот показатель более высокий, чем у «дизелей».

Мощность или крутящий момент — что важнее?

Графики мощности и крутящего момента двигателя Ford Focus STЕсли провести сравнительную оценку двух рабочих характеристик двигателя – мощности и крутящего момента, то очевидными становятся следующие факты:

  • крутящий момент на коленчатом валу – основной параметр, характеризующий работу силового агрегата;
  • мощность двигателя – это вторичная рабочая характеристика мотора, которая, по своей сути, является производной крутящего момента;
  • зависимость мощности от крутящего момента выражается отношением: Р = М*n, где Р – мощность, М – крутящий момент, n – количество оборотов коленчатого вала в минуту;
  • мощность двигателя линейно зависима от частоты вращения коленчатого вала: чем выше обороты, тем больше мощность мотора (естественно, до определенных пределов);
  • крутящий момент также увеличивается при повышении оборотов двигателя, но достигнув своего максимального значения (при определенной частоте вращения коленчатого вала), его показатели снижаются, независимо от дальнейшего увеличения оборотов (график зависимости крутящего момента от частоты вращения двигателя имеет вид перевернутой параболы).

Некоторые выводы

  • При оценке эксплуатационных параметров автомобиля и непосредственно рабочих характеристик его двигателя, величина крутящего момента обладает большим приоритетом, чем мощность.
  • Среди силовых агрегатов, имеющих схожие конструктивные и рабочие параметры, предпочтительнее выглядят те, у которых крутящий момент больше.
  • Для обеспечения наилучшей динамики разгона автомобиля и обеспечения оптимальных тяговых свойств двигателя, частоту вращения коленчатого вала нужно поддерживать в том диапазоне значений, при которых крутящий момент достигает своих пиковых показателей.

Изменение крутящего момента и динамика автомобиля

Чтобы обеспечить наилучшие динамические характеристики, автопроизводители стремятся устанавливать на автомобили силовые агрегаты, обладающие максимальным крутящим моментом в более широком диапазоне оборотов двигателя. Высокий крутящий момент характерен для дизельных силовых агрегатов, а также многоцилиндровых и турбированных моторов.

Чтобы правильно оценивать роль мощности и крутящего момента в формировании динамических характеристик автомобиля, нужно уяснить следующие факты:

  • автомобиль с более мощным, но не обладающим достаточным крутящим моментом двигателем, будет уступать в разгонной динамике авто с высоким крутящим моментом;
  • высокий крутящий момент, «подхватываемый» двигателем на низких оборотах, позволяет автомобилю ускоряться значительно эффективней;
  • максимально возможная скорость автомобиля напрямую зависит от мощности двигателя, а крутящий момент не влияет на этот показатель: автомобили, обладающие огромным крутящим моментом, могут развивать весьма скромную максимальную скорость; пример: спортивные болиды (небольшой крутящий момент на карданном валу и высокая скорость) или тяжелые внедорожники (внушительный крутящий момент и невысокая максимальная скорость).

Независимо от мощности двигателя, разгонная динамика автомобиля, а также его способность «резво» преодолевать подъемы всецело зависят от величины максимального крутящего момента. Чем больший крутящий момент передается на ведущие колеса и чем шире диапазон оборотов двигателя, в котором он достигается, тем увереннее авто ускоряется и преодолевает сложные участки дороги.

Стоит заметить, что сравнение характеристик конструкционно идентичных, но имеющих разные крутящие моменты двигателей, имеет смысл только при одинаковых параметрах трансмиссии; коробки переключения передач должны обладать схожими передаточными отношениями. В противном случае, сравнивать крутящие моменты двигателей не имеет практического смысла.

Источник https://carextra.ru/remont/chto-takoe-krutyashchij-moment-dvigatelya-avtomobilya.html

Источник https://avtonam.ru/useful/krutyashhij-moment-dvigatelya/

Источник

Источник




Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *