Ключ к знанию

Зависимость крутящего момента от мощности и оборотов


Крутящий момент и зависимость крутящего момента

Как рассчитать крутящий момент, зная обороты и мощность двигателя?

Крутящий момент напрямую зависит от мощности и числа оборотов двигателя в минуту. Имеется общепринятая формула расчета крутящего момента, выражаемого в Ньютон-метрах ( русское обозначение Н·м, международное N·m ) 

 

M = P х 9550 / N

 

Где P - это мощность двигателя в киловаттах (кВт)

N - обороты вала в минуту

 

 

Как рассчитать мощность двигателя, зная крутящий момент и обороты?

Для такого расчета существует формула:

 

P = M х N / 9550

 

Где M - это крутящий момент двигателя

N - это обороты двигателя

 

Для скорости и простоты расчета воспользуйтесь удобным калькулятором крутящего момента. Впишите в ячейки калькулятора имеющиеся значения и калькулятор автоматически проставит результаты расчета.

 

Калькулятор крутящего момента

monolitgrupp.ru

мощность или крутящий момент? — журнал За рулем

В технических характеристиках автомобиля присутствуют и максимальная мощность, и максимальный крутящий момент. Рассказываем, какой из показателей «для красоты», а какой — для удобства управления.

Материалы по теме

Конечно, на мощности зациклены все. От знакомых девушек, на которых магия цифр оказывает убийственное влияние, до налоговиков, которые очень радуются каждой ступени повышения мощности после 100 л.с, но особо предпочитают машины с цифрой свыше 250 л.с.

Максимальная мощность определяет возможность транспортного средства достигать максимальной скорости. Здесь зависимость далеко не прямая, но более мощные автомобили при сравнимой массе имеют большую максималку.

А вот на то, как быстро удастся достигнуть максимальной скорости, оказывает влияние характеристика крутящего момента двигателя. Возьмем два мотора с одинаковой максимальной мощностью, но у одного кривая момента имеет форму обычного горба, а другой очень быстро (при небольших оборотах) достигает максимального значения и далее держит полку этого момента вплоть до почти максимальных оборотов. С каким мотором разгон будет лучше? Конечно, со вторым, ведь обычно разгон на каждой передаче происходит в диапазоне оборотов коленвала от 2000 до 4000, ну, возможно, 5000 в минуту. А двигатель все время будет выдавать в этом диапазоне максимальный крутящий момент.

Мощность и крутящий момент атмосферных двигателей ВАЗ (слева) и китайского турбомотора JLE-4G18TD.

Мощность и крутящий момент атмосферных двигателей ВАЗ (слева) и китайского турбомотора JLE-4G18TD.

Материалы по теме

По такому алгоритму разгоняются на ручных коробках передач, гидромеханических автоматах и роботизированных коробках. Вариаторы стоят несколько особняком. В принципе, более ранние конструкции вариаторов работали честнее современных. На разгоне, особенно в режиме «педаль газа в пол», они обеспечивали в начале разгона самое большое передаточное отношение и позволяли мотору быстро достигнуть оборотов, близких к максимальным. Далее двигатель продолжал работать при максимальных оборотах и мощности, а вариатор, меняя передаточное отношение, обеспечивал самый эффективный разгон. И было почти все равно, моментный мотор или нет. Важна была только максимальная мощность. Хотя не всегда же разгон происходит в режиме кик-дауна.

В последнее время вариаторы, в угоду водительским привычкам, научили имитировать переключение передач. Зачем — непонятно. Я считаю, что водителю важно, чтобы правая педаль обеспечивала максимально ровное, большее или меньшее, в зависимости от ситуации, ускорение.

Итак, моментные моторы обеспечивают более удобное управление ускорением транспортного средства, а, значит, помогают водителю в непростых дорожных условиях. Поэтому моторы с «полкой» крутящего момента нравятся водителям, и такую характеристику им предлагают конструкторы, внедряя прежде всего моторы с турбонаддувом. Высокий, начиная с небольших оборотов крутящий момент повышает удобство управления автомобилем, а потому более важен, чем максимальная мощность, которая не требуется почти никогда.

  • Как улучшить управляемость автомобиля, читайте тут.

Ошибка в тексте? Выделите её мышкой! И нажмите: Ctrl + Enter

www.zr.ru

Мощность момент — Энциклопедия журнала "За рулем"

Может ли бульдозер обогнать «формулу 1»? Может, но только на очень короткой дистанции

Часто эксперты автомобильных изданий, рассказывая о выдающейся динамике машины, в первую очередь превозносит огромный крутящий момент двигателя, оставляя мощности роль второго плана. Мол, благодаря именно моменту машина ровно и напористо разгоняется в широком диапазоне оборотов и скоростей. Особенно востребовано это качество на высших передачах, – ведь тяговые силы и ускорения на них в любом случае не столь велики, как на первой или второй передаче. А для безаварийного движения в потоке транспорта возможность быстро прибавить скорость зачастую играет судьбоносную роль. Ездить на таком автомобиле даже психологически легче. И все же, когда нужно быстрей разогнаться, что важней – мощность или крутящий момент?
Сразу отметим: чаще всего эти два параметра «конфликтуют»… в головах журналистов, охотно повторяющих признанные публикой «истины» без какого-либо их анализа. На самом же деле смешно рассматривать мощность в отрыве от крутящего момента и наоборот. Первая показывает энергию, ежесекундно вырабатываемую двигателем, тогда как крутящий момент – всего лишь силовой фактор, показывающий, как нагружен при работе коленчатый вал. Крутящий момент может существовать и сам по себе, без мощности. Например, при неожиданной остановке перегруженного двигателя на крутом подъеме, в песке, при буксировке тяжелого прицепа в какой-то миг момент еще есть, а движения уже нет. А в некоторых механизмах можно обнаружить и длительно действующий на какой-нибудь вал момент, удерживающий его от поворота. Например, в рулевом механизме, когда мы лишь удерживаем управляемые колеса в нужных положениях, тогда как дорога пытается их нарушить. А самый типичный пример: пытаясь открутить «прикипевший» болт, ключ удлинили метровой трубой, – а болт ни с места. Момент огромный, а работа не идет. А коли нет работы – то нет и мощности.

Тут впору вспомнить школьную физику. Нарисуйте круг радиуса R – это будет сечение вала – и приложите к нему «касательную» силу F. Крутящий момент этой силы М = F • R. За один оборот вала сила F пройдет путь 2πR – и выполнит работу: А = F • R • 2π = М • 2π. А работа за n оборотов: А = М • 2π • n. Если n – число оборотов в минуту, то работа за одну секунду – то есть, мощность – составит N = М • 2πn /60.
Выражение 2π n /60 = 0,1047 n = ω – угловая скорость вала. Итак, N = М • 0,1047 n (Формула [1]).
Но мы имеем дело не только с вращающимися деталями, но и движущимися линейно. В этом случае в формуле (1) момент М заменим силой F, а угловую скорость ω – линейной v. Получим: N = F • v (Формула [2]).
Эти формулы равноправны. Замерив, например, тяговую силу колес, умножим на достигнутую машиной скорость – и найдем затрачиваемую мощность. Но если крутящий момент на ведущей оси умножить на угловую скорость колес, получим то же самое.
Итак, мощность – это работа (или энергия) израсходованная или произведенная за 1 секунду. Конечно, о «законе сохранения энергии» знает каждый. Говоря по пионерски, она «не возникает из ничего», но и не исчезает, не оставив следа. Так, лишь около четверти тепловой энергии, получаемой двигателем от сгорания топлива, превращается в механическую, соответствующая мощность (эффективная) тратится на движение машины. Большая же часть полученной в цилиндрах двигателя теплоты идет на «обогрев» окружающего нас мира.
Эффективная мощность тоже доходит до ведущих колес не вся – до 15 % ее может рассеять в виде тепла трение в узлах и агрегатах трансмиссии. Но для нас важней другое: если при открытом дросселе (или при полной подаче топлива в дизель) двигатель выдает на колеса сколько-то киловатт, то это – его «потолок». Никакими простыми механизмами вроде коробок передач, редукторов и т. п. превысить эту величину невозможно – этого «закон сохранения» не допустит.
Итак, крутящий момент – это удобный для нас «инструмент», связывающий процессы в двигателе с трансмиссией машины и ведущими колесами. Но не более того! Ракетчики, например, запрягают пламя напрямую, получают гигантские тяги и мощности, но о крутящих моментах вспоминают лишь в расчетах турбонасосных агрегатов, – да и то, если двигатели не твердотопливные!
Из формулы (1) видно, что для получения достаточной мощности вовсе не обязателен огромный крутящий момент, ведь в произведении два сомножителя. Почему бы, например, не увеличивать мощность при постоянном моменте, наращивая угловую скорость в каком-то диапазоне оборотов? При этом мощность растет по оборотам линейно. А постоянство момента в заданном диапазоне – не чудо, которым некоторые почему-то восторгаются, а всего лишь признак постоянства тяговых сил. Если пренебречь сопротивлением воздуха (к примеру, на первой передаче оно невелико), то и ускорение машины в этом диапазоне постоянное. Это довольно удобно для водителя. Но спросим себя: если бы в начале диапазона момент был таким же, а ближе к пресловутым «верхам» стал больше, стал бы с таким «подхватом» автомобиль хуже? – Вряд ли. Разве только что-нибудь нарушилось бы в смысле экологии.
Мощность можно менять и при постоянных оборотах. Пример: мы ехали со скоростью 90 км/ч по горизонтальному шоссе, а с началом подъема, дабы сохранить скорость, пришлось больше открыть дроссель. Это увеличение момента в чистом виде.
Итак, имеем дело с формулой (1). К примеру, перед нами скромный двигатель грузовика с моментом 35 кгм при оборотах 3000 в минуту. Какова мощность? Тут отметим, что в расчетах всегда важен правильный выбор единиц измерений параметров. Угловую скорость измеряют в 1/сек. А момент? – В старых единицах это кгм. Получаем: N = 35 кгм . 0,1047 . 3000 1/сек = 10993 кгм/сек ≈ 146,6 л.с. А в современной системе СИ: 35 кгм = 343,35 Нм. Тогда N = 343,45 Нм • 0,1047 • 3000 1/сек ≈ 107846 Вт.
На всякий случай напомним, что 1 лс = 75 кгм/сек = 75 • 9,81 Нм/сек = 735,75 Вт. Поэтому 107846 Вт ≈ 146,6 л.с.
А теперь прикинем мощность «формульного» двигателя с таким же скромным моментом, но при оборотах 18 тысяч! Результат – 880 л.с. (647 кВт), которые обеспечивают машине роскошную динамику. Никакого чуда нет: чем больше циклов совершит наш «моментик» за одну секунду, тем больше и совершенная им работа. Еще пример. В авиатехнике ныне практически господствуют газотрубинные двигатели. Повторив наш расчет для небольшого двигателя, с оборотами свободной турбины 40 тысяч в минуту, получим мощность около 1950 л.с. или 1438 кВт. Момент турбины невелик, но ведь воздушный винт приводится от нее не напрямую, а через редуктор, – а уж «мощи» ему хватает!
Но вернемся к автомобилю. Как уже сказано, любому комфортней ездить на машине, у которой под капотом достаточно и мощности, и момента. Но многим приходится ездить на скромных авто, возможности коих, как нынче говорят, «очень бюджетные»! Всякий, кто не умеет вовремя переключать передачи, с ними испытывает неприятности. Значит, надо учиться, друзья. Ну а что делать владельцу авто с АКП? На смену недовольству двигателем зачастую приходят претензии к автомату. Нередко – справедливые, ведь у АКПП тоже случаются специфические болячки, требующие ремонта. Но часто они оказываются не обоснованными: современный автомобиль, насыщенный электроникой и настроенный изготовителем на строгое выполнение жестких экологических норм, вовсе не обязан подстраиваться под любую российскую лихость!
Гусеничному трактору дернуться и оборвать сцепку – плевое дело. Это похоже на выстрел из ружья – можно на миг и «формулу I» опередить. А дольше – никак. Ружье от ракеты отличается принципиально: последняя сохраняет нужное ускорение достаточно долго. В свое время, при стартах к Луне гигант «Сатурн 5» массой свыше 3100 т отделялся от пускового устройства мягко, как пассажирский поезд, – с ускорением чуть больше 1 м/сек2. А минут через пять, по мере выгорания топлива, настолько «терял в весе», что его скорость перед выключением первой ступени составляла 3 км/сек.
Низшая передача бульдозера крайне «коротка»: чуть «перекрутил» – тяга упала. А другие не лучше, – вон и «формула» уже растворилась за горизонтом, так что для серьезных игрищ «мощи» на гусеницах маловато.
Если пренебречь разницей в КПД передач (она невелика), то на любой передаче машину движут одни и те же киловатты. Но движут по-разному. Момент и тяговая сила на ведущих колесах подчиняются «золотому правилу»: сколько процентов выиграешь в скорости, столько потеряешь в силе. Это показывают рис. 1 и 2. Если двигатель заведомо слаб, с ним сильно не разгонишься.

Рис. 1. Величины мощности N1 ... N5 на ведущей оси не зависят от включенной передачи. Точки пересечения кривой Nсопр с кривыми N3, N4 и N5 дают информацию о максимальных скоростях автомобиля на этих передачах. Здесь самая скоростная на горизонтальной дороге в безветрие – четвертая.

Вся история современной транспортной техники – это непрерывная борьба за большие мощности. У наиболее знаменитых ракетоносителей они давно превысили 100 миллионов кВт. Это не ошибка - именно 100 000 000 000 Вт, или 100 ГигаВатт. И хотя притязания автомобилиста не столь велики, «прохватить» на динамичной машине всякий не прочь.
Главные враги любителя скорости – не гаишники, а силы, тормозящие движение, – от этих не откупишься! Мощность сопротивления воздуха вкупе с мощностью шинных потерь показаны на рис. 1 линией Nсопр.
(Желающие посчитать, могут воспользоваться следующими формулами. Nсопр. = Nw + Nf. Мощность аэродинамических потерь Nw для автомобиля весом 15000 Н при плотности воздуха 1,25 кг/м3, Сх = 0,3 и лобовой площади S = 2 • м2 составляет: Nw = (0,3 • 2 • 1,25)/2 • v3 = 0,375 v3 Вт. А мощность шинных потерь Nf = 0,015 • 15000 • v = 225 v Вт. При 100 км/ч Nсопр составляет лишь 14,5 кВт. А при 200 км/ч – 77 кВт. Разница впечатляет?)
Колеса автомобиля, борясь с мощностями сил сопротивления, при максимальной скорости полностью расходуют мощность, получаемую от двигателя. Но ее характеристика (например, показанная кривой N4 на рис.1) при полностью открытом дросселе похожа на гору с округлой макушкой, тогда как характеристика мощности сопротивлений Nсопр. поднимается как крутая парабола. Чтобы полностью использовать арсенал мощности двигателя – и получить максимум скорости V4 (на горизонтальной трассе, без ветра), передаточное число трансмиссии и размер шин подбирают так, чтобы кривая Nсопр пересекла кривую N4 возле вершины. Максимальные скорости на третьей и пятой передачах (V3 и V5) существенно ниже. Но на спуске или с ветром вдогон выгодней может стать пятая передача, а на подъеме или с ветром в лоб – третья.
Другие враги скорости – подъем дороги и встречный ветер. Подъем с углом всего 1,5% добавит к потерям в шинах еще столько же. Но еще коварней ветер. Его скорость сложится со скоростью машины относительно дороги, – и уже эту сумму в расчете затрат мощности надо возвести в куб! При скорости по спидометру 36 км/ч (10 м/сек) и ровном встречном ветре 5 м/сек мощность Nсопр вырастет лишь на 0,9 кВт, а вот при 180 км/ч (50 м/сек) – аж на 15,5 кВт. Но придуманный нами автомобиль так ехать не может… Маловато мощи! Максимальная скорость снизится почти на 20 км/ч.

Рис. 2 - Так зависит крутящий момент (М1….М5) или тяговая сила (Fтяг 1 …Fтяг 5) на ведущей оси от включенной передачи. При коэффициенте сцепления шин с дорогой 0,7 ведущая ось, нагруженная половиной веса машины (Gавтом = 15000 н), может создать реальную тяговую силу не больше Fмакс. доп. = 5250 Н.

На рис.2 величины крутящего момента М1…М5, а заодно и теоретические тяговые силы F1…F5 на ведущей оси, показаны одними и теми же кривыми, – ведь тяговые силы пропорциональны моментам. Величины сил – на вертикальной оси справа. Но тут важно учесть следующее.
Разгоняет машину не вся тяговая сила, а лишь избыточная – то есть разница между полной тяговой силой колес и сопротивлением воздуха. Отношение этой силы к весу машины академик Чудаков назвал динамическим фактором D. На первой передаче сопротивление воздуха мало, его можно не учитывать – считать, что машину разгоняет полная сила Fтяг.1. Но отталкиваться от дороги сильней, чем позволяет сцепление шин, невозможно! Если, например, ведущая ось несет половину веса машины – 7500 Н, то при коэффициенте сцепления φ = 0,7 тяговая сила не может превысить 35% ее веса. Это неплохо согласуется с такой официальной характеристикой любого автомобиля как предельно возможный угол подъема. С «моноприводом» трудно получить больше. Правда, у машины с задним приводом на подъемах ведущие колеса несколько догружаются весом машины, а вот передний тут невыгоден. Лучшая схема, но сложная и дорогая, – полный привод (конечно, не с такой скромной мощностью, как у «Нивы» или УАЗа!).
Если избыточная сила (на первой передаче, например) слишком велика, машина «шлифует» дорогу. Дело нелепое, нужно перейти на следующую передачу. А вот при разработке нового авто конструктор учитывает высокую мощность двигателя и ее следствие – тяговые силы в передаточных числах трансмиссии. Передачи проектируются как достаточно «длинные», расширяющие диапазон скоростей при достаточных ускорениях. А это значит, что и при более высоких скоростях действуют нужные тяговые силы (или моменты) на колесах. Иначе говоря, реализуется весь арсенал мощности! Значит, она все же важнее.

Споры на тему влияния мощности-момента ведутся давно, и конца им не видно. Вроде бы сто раз уже объясняли самыми разными способами, что тут к чему, а воз и ныне там. Вызывает неподдельный интерес, откуда все же берется заблуждение и почему оно такое устойчивое?
Причин видится две. Одна из них в том, что мощность есть функция от момента. Зависимость мощности от момента стоит барьером, который преодолеть оказывается непросто. Что странно. Поскольку очевидность того, что мощность есть функция не только от момента, но и от оборотов, не оспаривается, и тот факт, что у разных двигателей бывает весьма большой разброс по соотношению мощности к моменту, также не подвергается сомнению. То есть существует молчаливое согласие с тем, что мощность есть функция от двух аргументов - оборотов и момента, но при этом зависимость от оборотов как бы игнорируется. Почему?
А в этом и есть вторая, главная причина заблуждения. И ключевая фраза здесь: "Человек совершенно может не иметь понятие про мощность.А вот разницу в ускорении на 3 и 4 передаче он вполне способен почувствовать." Ясно, что на динамику автомобиля оказывают большое влияние и передаточные числа КПП. На графике 1 видны кривые мощности двигателя, смещенные в зависимости от разных передаточных чисел и кривая сопротивлений. Видно, что с ростом передаточного числа динамика резко возрастает. Это очевидно и вопросов не вызывает. Странно, что не менее очевидный факт, что бОльшая часть времени при разгоне приходится вовсе не на 1 и 2 передачи, а на 3-4, при этом упускается из виду.
При разгоне здравомыслящий водитель пользуется всеми четырьмя передачами и весьма широким диапазоном частот вращения двигателя. При этом редко задумывается о том, что динамика разгона на высокой скорости мала и плохо ощущается, но именно на нее и приходится львиная доля времени разгона (по той простой причине, повторю, что на высших передачах динамика хуже и потому занимает больше времени). Хорошо ощущается динамика разгона на низших передачах, в диапазоне низких и средних оборотов (дальше водитель двигатель раскручивает редко). И что выходит? А выходит, что "низовой", моментный двигатель дает ощущение уверенного и бодрого разгона по той простой причине, что легко и весело страгивает и начинает разгонять автомобиль. А по достижении скорости ощущения становятся слабыми, и оценить разницу в разгоне 100- и 120 сильного моторов на 4-5 передачах, способен не каждый. Потому и кажется, что момент определяет динамику. По ощущениям. А ощущениям человек склонен верить очень сильно, даже вопреки логике и здравому смыслу.

Проповедующие формулировку "скорость определяется мощностью, а динамика разгона - моментом двигателя" могут убедиться в своем заблуждении, решив простую задачу.
Вводные
1. Равномерный подъем на некоторую высоту равносилен равномерному ускорению, поскольку увеличивает потенциальную энергию тела mgh*. (что можно объяснить - чем с большей высоты упадет, тем сильней ударится).
2. Поднимаем равномерно груз весом 75 кг на высоту 1 м за 1 с.
3. Имеется черный ящик, в котором спрятан мотор неизвестной природы и, возможно, редуктор с КПД=1.
Вопросы.
1. Какая мощность должна быть в моторе, спрятанном внутри черного ящика?
2. Какой момент должен быть в моторе, спрятанном внутри черного ящика?

Подъем указанного груз на нужную высоту за время аналогичен разгону по горизонтали той же массы с ускорением g0.5.
Если ускорение определяется моментом - просто назовите цифру
Если ускорение определяется мощностью - тоже просто назовите цифру
Если цифру назвать не удается, значит параметр может быть самым разным и роли не играет.
Вы можете разгонять тело с заданным ускорением (или поднимать его вверх), меняя крутящий момент по своей прихоти (и устанавливая каждый раз соответствующий редуктор). Вы можете отталкиваться от параметров редуктора, и всякий раз требуемый момент будет меняться и зависеть от передаточного отношения этого редуктора. Но всегда мощность будет оставаться одной и той же, неизменной величиной - для подъема груза 75 кг на 1 м за 1с понадобится ровно одна лошадиная сила или 0,73549875 кВт

Можно поступить и следующим образом.
Берите любой момент, который причина разгона, берите любой редуктор и разгоните тело 75 кг до скорости 3.13 м/c за 1 с.
Ограничение только по мощности - она не должна превышать 0.9 л.с.
Есть ли решение у этой задачи? Если нет - то почему?
Ответ.
Задача не имеет решения по той простой причине, потому что невозможно обеспечить заданную динамику - для нее не хватит мощности. Каким бы ни был момент.
Вывод. Момент двигателя для разгонной динамики не имеет значения, все решает мощность.

* Пояснение Вы поднимаете 75 кг получаете от этого энергию mgh. Она преобразуется так:
поскольку a = V2 / 2h, а ускорение а у нас равно g, то V = (2hg)0.5.
Кинетическая энергия тела E = mV2/2 = m2hg/2 = mgh.

Смотри также главу Как движется автомобиль

wiki.zr.ru

» Разница между крутящим моментом и лошадиными силами

Парадокс, но лишь немногие автолюбители ясно представляют принципиальную разницу между «лошадиными силами» и «ньютон-метрами», в которых измеряется крутящий момент. В обиходе определение крутящего момента двигателя напрямую связывают с динамикой разгона, а лошадиные силы с максимальной скорость. Если говорить уж совсем грубо, то формулировка вполне удовлетворительна, хоть и не объясняет всей сути физических процессов. Восполнить теоретические пробелы, а также получить наглядное представление о том, что такое крутящий момент двигателя, — вам поможет предоставленный ниже материал.

Момент вращения

Если выражаться языком физики, то понятие о вращающем моменте легко уяснить, зная принцип получения преимущества от использования рычага. Вычисляемые путем сложения приложенных на рычаг усилий (вес груза) к длине плеча (рычага) «ньютон-метры», показывают потенциальное количество выполняемой работы. В случае с ДВС вес груза – это усилие с которым поршень после сгорания топливно-воздушной смеси совершает возвратно-поступательное движение. Длина плеча будет не чем иным, как ходом поршня (расстояние от ВМТ до НМТ). Вращающее усилие создается только во время рабочего такта.

От чего зависит полка крутящего момента

Согласно расчетной формуле Мкр = F х L, где F – это сила, а L – длина плеча, момент вращения будет зависеть от КПД сгорания топливно-воздушной смеси (F) и величины хода поршней (L).

Поскольку автомобиль – это комплексный механизм, на крутящий момент двигателя влияет ряд характеристик других узлов и агрегатов. Ведущие колеса автомобиля будут получать максимальное тяговое усилие лишь в тот момент, когда взаимодействие механизмов является оптимальным. Пик крутящего момента достигается на таких оборотах двигателя, когда наполнение камеры сгорания рабочей смесью, сжигание продуктов горение и вывод отработавших газов осуществляется с минимальными механическими потерями. Для каждого двигателя этот параметр колеблется в зависимости от конструктивных особенностей и типа используемого топлива.

Мощность

Количество полезной работы, преобразованное возвратно-поступательными движениями КШМ, обозначается ньютон-метрами (крутящий момент). Тогда что такое мощность двигателя? Мощностью именуется количество произведенной работы за единицу времени. Иными словами, количество единиц крутящего момента, которое мотор способен выдать за определенный промежуток времени. Мощность двигателя измеряется в киловаттах (кВт).

Формула для расчета мощности в киловаттах:

P=Mkp*n/9549, где n – количество оборотов коленвала в минуту; Mkp – вращающий момент на коленчатом валу.

Нехитрое логическое умозаключение приводит нас к тому, что мощность мотора зависит от количества оборотов.

Соотношение крутящего момента к мощности

Для получения наглядного представления о взаимодействии двух величин рассмотрим основные характеристики мотора на графике. Он демонстрирует выдаваемую двигателем мощность и крутящий момент двигателя в зависимости от оборотов коленчатого вала.

График отчетливо демонстрирует тот факт, что тяговое усилие на колесах не прямо пропорционален количеству оборотов либо мощности. Двигатель достигает пика крутящего момента уже на 3 тыс. об/мин. Максимум мощности доступно на 5500 об/мин. В обоих случаях обороты продолжают расти, но отдача падает. Для обозначенного двигателя обороты от 2500 до 5 тыс. наиболее оптимальные.

В этом режиме работы близкая к максимальному значению «полка» момента позволит полноценно реализовать потенциал мотора на протяжении всего отрезка.

Приведенный график является примером гражданской настройки современных бензиновых моторов. Преимущества очевидны:

  • стабильный прирост мощности;
  • достаточно широкая «полка» с плавным приростом и затуханием.

Настройка подобного типа позволяет добиться «эластичности» двигателя. Такая работа обеспечивается не только программно (настройка ЭБУ), но и применением различных вспомогательных технологий (изменяемые фазы газораспределения).

Разница мощностных характеристик во многом зависит от конструкции системы впуска и выпуска. К примеру, двигатели оснащенные турбонаддувом в точке выхода на «буст» получают значительную прибавку в динамике. Крутящий момент и количество лошадиных сил таких моделей значительно превышают своих атмосферных собратьев.

Что такое лошадиные силы

Наблюдательный читатель, скорей всего, отметит подозрительным тот факт, что до сих пор не прозвучало, всеми так любимое «лошадиные силы». Суть в том, что «скакуны» — это лишь дань моде тех времен, когда механизмам приходилось доказывать свое преимущество над живой рабочей силой. Поэтому превосходство (способность выполнить определенное количество работы) удобно было выражать в пересчете на потенциал одной лошади. Фактически 1 л.с – это усилие, которого достаточно для поднятия груза массою 75 кг на 1 м за 1 с.

Для того чтобы получить «лошадиные силы» достаточно умножить значение мощности в киловаттах на коэффициент 1,36.

Покупатели не потеряют ровным счетом ничего, если производители откажутся использовать «л.с» в качестве показателя мощностных характеристики автомобилей. Обозначить крутящий момент и мощность в кВт вполне достаточно. Но традиция настолько глубоко запечатлелась в сознании, что тратить усилия на ее разрушения попросту нецелесообразно.

Итоги

  • Мощность мотора зависит от крутящего момента;
  • «л.с» рассчитаны на достижение максимальной скорости. Автомобиль с большим количеством «скакунов» под капотом сможет развить внушительную скорость, но это займет очень много времени;
  • от тягового усилия зависит насколько быстро двигатель сможет развить свою максимальную мощность;
  • большое количество «ньютон-метров» позволяет более выгодно использовать потенциал двигателя. Такие моторы легче переносят нагрузки;
  • чем шире «полка» момента, тем эластичней двигатель и приятней в управлении автомобиль;
  • ввиду особенностей дизельных ДВС (большая степень сжатия, медленное горение смеси), а также применения современных систем дополнительного нагнетания воздуха, дизельные двигатели имеют больший крутящий момент с самих низких оборотов.

Выражаясь простым языком, «ньютон-метры» – это сила вашего автомобиля, а киловатты – выносливость.

autolirika.ru

redzub › Блог › Крутящий Момент и Мощность. Кто кого и что важнее? Скандалы, интриги, расследования.

Вы хотите холивара дискуссии? Я хочу. Ведь в споре, как известно, один дурак, другой наглец рождается истина. Ну а я запутался, устал гуглить, сложил крылья и понял, что я — нифига не технарь, а вообще, судя по всему, гуманитарий:-)

Сегодня речь пойдет о Максимальном Крутящемся Моменте (для краткости будем далее обозначать его МКМ) и Максимальной Мощности (ММ). Чтение Интернетов привело меня к тому, что спор что важнее — вечный и сродни спорам по поводу того какой привод или трансмиссия лучше:-)

Сабж

Когда я был маленький (13 лет), я мечтал стал уличным гонщиком и рвать всех на папином ВАЗ 2107. Карманных денег на тюнинг не было — значит надо было натачивать мастерство. А как это сделать? Надо же знать в какую сторону идти, когда мне удастся заполучить в свои руки машину без отцовского присмотра (потому что под отцовским присмотром можно было по ушам получить за 4000 об/мин, не то что за участие в драге). Я знал, что у каждого ДВС есть два графика: момента и мощности. Знал я и паспортные обороты (из инструкции по эксплуатации), на которых Призрак Коммунизма теоретически достигает МКМ и ММ. Надо было это дело как-то увязать.

Однажды я наткнулся на такую статью: www.streetracing.by/driving/correctdispersal.html

Из нее следовало, две посылки: "Момент же нас практически не интересует. Машину двигает мощность, хотя максимальное ускорение на каждой передаче происходит на максимальном моменте" и "То есть, нам надо стричь верхушки кривой мощности, дабы площадь под кривой была максимальной. Для этого надо крутить в любом случае выше ММ. В вырожденном случае надо переключаться точно на ММ, ежели кривая мощи там рушится вниз мгновенно, то есть на оборотах выше ММ момент равен нулю".

В 15 лет у меня появилась возможность проверить истинность этой статьи и да: рагоняться, переключаясь выше ММ получалось быстрее, чем по каким-либо другим алгоритмам. Вскоре я выработал следующий алгоритм разгона:

Старт — строго с оборотов МКМ, первая передача — почти до лязга пальцев — около 7000-7500 по заводскому тахометру, переключение со второй на третью — 6-7 тыс., на четвертую — строго на оборотах Максимальной Мощности (ММ) — 5600. Получалось достаточно быстро (побыстрее, чем за паспортные 17 секунд). Забавный момент — чем ниже была передача, тем дольше она "крутилась". Первая вообще позволяла весьма весело уходить в редлайн заводского тахометра (ну и дурачек же я был!)

Эти приборы навсегда останутся в моей памяти

Потом, в 10 классе, я наткнулся в учебнике по Физике за авторством Касьянова на задачку, суть которой была в том, что надо было найти мощность необходимую для разгона автомобиля до определенной скорости за определенное время. "Значит все-таки мощность!", — подумал я и забил на этот вопрос — для себя я уже, казалось, все решил и только усмехался с фразы "Мощность продает машины, а гонки выигрывает — Крутящий момент".

Та самая задачка

Однако настал момент, когда я вспомнил про Крутящий Момент! Началось всё с того, что Призрак Коммунизма стал не "гонкой" для летних покатушек, а вполне себе повседневным автомобилем, чтобы в университет ездить. И встал вопрос экономии топлива. Согласно каким-то заводским таблицам, максимальная экономичность достигалась на 4-ой передаче при движении 40 км/ч. Однако в жизни всё было не так — в таком режиме машина жрала бензин хоть и не ведрами, но всё-таки довольно сильно. Однако старшие товарищи из "Лада-клуба", сказали мне выкинуть те заводские таблицы и запомнить простую шоферскую истину: меньше всего автомобиль жрет топливо на оборотах МКМ! Проверка на дороге показала истинность этого утверждения. А ведь объясняется всё просто: на МКМ двигатель достигает пика своего КПД — так как у ДВС не только момент и мощность меняется нелинейно, но и КПД.

Потом у меня появились права и я пересел на "Венту". И вот здесь выяснились забавные вещи: Призрак разгонялся резвее при выполнении одного маленького условия — машина должна быть незагруженной. А вот на дополнительную нагрузку "Жигуленок" реагировал намного более болезненно. Вспомнился давнишний "стритрейсерский" спор водителей "БМВ" и "Хонды". "Хонда" налегке могла выехать у БМВ с той же мощностью, но стоило в салон "Хонды" сесть четырем крепким парням, как машина сдыхала, а БМВ такой нагрузки почти не ощущал. МКМ? Вероятнее всего.

Этот спор никогда не закончится, пока не сгниет последняя е30 и последний Цивик-тапок

В студенческие годы я писал небольшую казуальную флеш-игру похожую на "гоночки" из тетриса. "Фишкой" этой игры был более-менее реалистичный разгон машинок ("ВАЗиков"). Но была задачка — как реализовать физическую модель разгона. Мне помог мой декан, дав следующую ссылку: www.gamedev.ru/code/articles/Racing_Simulator

Там была расписана достаточно подробная и правдоподобная физическая модель, из которой мне понадобились лишь мотор и кпп. Рост оборотов в этой модели был привязан к Крутящему Моменту (float additionRPM = torq / Inertia — pow(1.0f — torq, 2) * BackTorque;), а Мощность не учитывалась вообще (бида-бида). При реализации этой модели, разгон машинок получился ну уж слишком неправдоподобным. Однако стоило мне поменять всего лишь одну переменную (заменить Крутящий момент на Мощность) — как машинка повела себя ровно так, как вел бы себя в жизни типичный "Жигуленок".

С игрой, кстати, был связан прикольный глюк, заставивший меня поверить в мистику. В игре был баг связанный с нагревом машины, из-за которого, если машинка стояла, температура двигателя росла весьма опасно и жестоко. Забавно было то, что Призрак Коммунизма в это время тоже стал перегреваться зимой, если машина стояла. Никаких подтеков ОЖ не было. Реальную машину перестало глючить только тогда, когда я нашел и исправил баг в компьютерной игре. Такие дела

Вот так выглядела игра. Приборы кстати, работали все

Однако однажды сосед дал мне свою BMW 530tds E39. Это был первый дизель в моей жизни и меня поразило то, КАКОЕ ускорение он дарит именно на МКМ. Я понял, что зря смеялся с фразы "Крутящий момент выигрывает гонки" — на так мною любимом автослаломе, за счет МКМ такой БМВ нивелировал свои немалые габариты. С тех пор я стал уважительнее относиться к "тракторам", что закончилось тем, что сейчас я сам езжу на "турботракторе". Однако я не особо загонялся на тему МКМ и ММ — были вопросы в жизни и поважнее.

Однажды я натолкнулся на вопрос в "Ответах@mail.ru" про то что важнее: МКМ или ММ. Забавно было то, что никто из ответчиков не сказал, что Мощность, по сути своей, есть Момент умноженный на обороты. Все в один голос сказали, что от МКМ зависит то, как быстро машина разгонится, а от ММ — какую максималку наберет. Школьные и университетские знания по ДВС говорили, что этот ответ — неверный. Но понять где именно — я не мог.

А затем, на одном из форумов я нарвался на такой комментарий:

CSM 28.05.2012 в 14:21
Опять про городские легенды в комментах школота пишет. Запомните две вещи:
1) Расход топлива двигателем от его объема зависит только когда двигатель работает на холостом ходу. В рабочем режиме расход топлива зависит от совершаемой им работы и его КПД, и ни от чего более. Так что двигатель 5.0 вполне может жрать меньше микролитражного 1.5, и не может, а жрет меньше! В одинаковых условиях эксплуатации. Т.к. его КПД значительно выше. Другое дело, когда из 1.5 литрового можно выжать максимум допустим 50 кВт мощности, а из 5.0 литрового — 200 кВт мощности — вот тогда 5-ти литровый будет жрать ведрами топливо. Но если его искуственно ограничить до 50 кВт (электроникой или водителем, т.е. заставить жать тапку на не более, чем 50 кВт) — расход будет меньше 1.5 литрового движка.

2) Крутящий момент двигателя не влияет ни на какие динамические характеристики авто, это маркетинговая цифра для лохов. В реальности применяется только инженерами для расчетов КПП и дифференциала. Динамические характеристики авто зависят напрямую от момента на колесах, который в свою очередь получается исключительно из запаса мощности двигателя в текущий момент времени. А запас мощности — это разность между максимальной мощностью двигателя и текущей мощностью двигателя. Так что чем больше лошадей, тем больше ускорение и выше скорость, а момент на двигателе на это вообще никак не влияет, разве что впарить лоху очередную машину…

Этот комментарий не только жестоко надругался над легендарной фразой "Мощность продает автомобили, а Крутящий момент — выигрывает гонки", но и разорвал все мои шаблоны. Он звучал правдоподобно, но что-то в нем было не то. У меня сложилось ощущение, что автор — нахватался разных истинных знаний из разных источников и скомпилировал их в неверный вывод. Но звучало это так уверенно, что я усомнился в своих знаниях и отправился в мир Гугла и учебников по физике, параллельно советуясь в личке со многими видными "драйверами".

Итак, что меня смутило в этом комменте. Посылка первая про расход топлива. С одной стороны всё верно: различные виды топлива (будь то дрова или бензин), способны совершать работу, завязанную на теплоту их сгорания. В общем, при равном КПД, чтобы переместить тушку массой М на расстояние S надо будет в любом случае сжечь N определенного топлива и на литраж откровенно пофигу. Но есть две заковыки. Заковыка первая — КПД от литража не зависит, насколько я знаю. Вторая заковыка — пятилитровый мотор будет тупо весить больше полуторалитрового с равным КПД:-) А масса мотора обязательно должна учитываться в массе тушки, которую мы двигаем. Ну и третий момент — при равном ходе педали газа дозировать 200кВт несколько сложнее чем 50кВт.

Что касается второй посылки, то сложилось ощущение что человек на машине нормально не ездил, а только книжки читал:-) МКМ очень хорошо ощущается. На "верховых" моторах именно он дает это ощущение "второго дыхания". А в остальном — пересказ статьи из первой ссылки.

Итак, я выложил здесь различные мнения, свое мнение, свои практические наблюдения. Где я ошибся? Где ошиблись источники информации здесь приведенные?

www.drive2.ru

Мощность и крутящий момент. — DRIVE2

Что интересует людей, изучающих технические характеристики того или иного автомобиля? В первую очередь мощность, затем расход топлива и максимальная скорость. О крутящем моменте вспоминают редко. А зря.

Тяговые возможности моторов еще с момента рождения самоходных колясок принято оценивать по мощности, которая выражается в лошадиных силах. Из-за отсутствия в те далекие времена методики расчета и определения мощности до 1906/1907 годов эта характеристика двигателя имела не вполне четкое обозначение – она показывала приблизительную мощность – «от» и «до», например, от 15 до 20 л.с.

С 1907 года этот неточный показатель мощности разделили на два значения, например, 6/22 л.с. В первую цифру заложили значение налоговой ставки, а во вторую – мощность. Введенная налоговая лошадиная сила соответствовала определенному значению рабочего объема двигателя: 261,8 куб. см для четырехтактных моторов и 174,5 куб. см – для двухтактных. Появление такого способа установления налоговых ставок было обусловлено зависимостью рабочего объема двигателя от количества вырабатываемой им энергии и потребления топлива. Обозначать мощность в киловаттах (кВт), согласно международной системе измерений СИ, начали значительно позже.

На самом деле «мощность» отражает тяговые возможности двигателя лишь косвенно. С этим согласятся те, кто ездил на автомобилях-одноклассниках с двигателями приблизительно равной мощности и объема. Они наверняка заметили, что одни автомобили достаточно резвы начиная с низких оборотов, другие любят только высокие обороты, а на малых ведут себя достаточно вяло.

Много вопросов возникает у тех, кто после легковушки с 110-120-сильным бензиновым мотором пересел за руль такой же машины, но с дизельным двигателем мощностью всего 70-80 л.с. По динамике разгона, не используя спортивный режим (высокие обороты), на первый взгляд маломощный «дизель» с легкостью обойдет своего бензинового брата. В чем же здесь дело?

Вся эта неразбериха вызвана тем, что в каждом случае такая величина как сила тяги (FT, Н), приложенная к ведущим колесам, будет разной. Объяснение этому легко найти из формулы: FT=Мкр•i•h/r, где Мкр-крутящий момент vk.com/autobap двигателя, i-передаточное число трансмиссии, h – КПД трансмиссии (при продольном расположении двигателя h=0,88-0,92, при поперечном – h=0,91-0,95), r – радиус качения колеса. Из формулы видно, что vk.com/autobap чем больше крутящий момент двигателя и передаточное число, и чем меньше потери в трансмиссии (т.е. чем выше ее КПД) и радиус ведущих колес, тем больше сила тяги. Радиус колес, передаточное число и КПД трансмиссии у автомобилей-одноклассников очень схожи, поэтому на силу тяги они влияют не в такой степени как крутящий момент двигателя.

Если в формулу подставить реальные цифры, то сила тяги на каждом ведущем колесе, например, автомобиля Volkswagen Golf IV с 75-сильным мотором, развивающим крутящий момент 128 Н•м, будет равна 441 Н или 45 кГ•с. Правда, эти значения действительны, когда частота вращения коленчатого вала двигателя (3300 об/мин) соответствует максимальному крутящему моменту.

Что такое крутящий момент

Разобраться, что такое крутящий момент, можно на простом примере. Возьмем палку и один ее конец зажмем в тисках. Если надавить на другой конец палки, на нее начнет воздействовать крутящий момент (Мкр). Он равен силе, приложенной к рычагу, умноженной на длину плеча силы. В цифрах это выглядит так: если на рычаг длиной один метр подвесить 10-килограммовый груз, появится крутящий момент величиной 10 кг•м. В общепринятой системе измерения СИ этот показатель (умножается на значение ускорения свободного падения – 9,81 м/с2) будет равен 98,1 Н•м. Из этого следует, что получить больший крутящий момент можно двумя путями – увеличив длину рычага или вес груза.

В двигателе внутреннего сгорания нет палок и грузов, а вместо них имеется кривошипно-шатунный механизм с поршнями. Крутящий момент здесь получают благодаря сгоранию горючей смеси, которая при этом расширяется и толкает поршень вниз. Поршень в свою очередь через шатун давит на «колено» коленчатого вала. Хотя в описании характеристик двигателей длину плеча не указывают, об этом позволяет судить величина хода поршня (удвоенное значение радиуса кривошипа).

Примерный расчет крутящего момента двигателя выглядит так. Когда поршень толкает шатун с усилием 200 кг на плечо 5 см возникает крутящий момент 10 кГ•с, или 98,1 Н•м. Чтобы этот показатель стал больше, радиус кривошипа следует увеличить или сделать так, чтобы поршень давил на шатунную шейку с большей силой. Увеличивать радиус кривошипа до бесконечности нельзя, так как размер двигателя тоже придется увеличивать в ширину и в высоту. Возрастают и силы инерции, требующие упрочения конструкции или уменьшения максимальных оборотов. vk.com/autobap Появляются при этом и другие негативные факторы.vk.com/autobap В такой ситуации у конструкторов двигателей остался только один выход – увеличить силу, с которой поршень приводит в движение коленчатый вал. Для этого топливно-воздушную смесь в камере сгорания необходимо сжечь более качественно и большее количество. Достигают этого путем увеличения рабочего объема, диаметра цилиндров и их количества, а также улучшения степени наполнения цилиндров топливно-воздушной смесью, оптимизации процесса сгорания, повышения степени сжатия. Подтверждает это и расчетная формула крутящего момента: Мкр=VH •pe / 0,12566 (для четырехтактного двигателя), где VH – рабочий объем двигателя (л), pe – среднее эффективное давление в камере сгорания (бар).

Получить на коленчатом валу двигателя максимальный крутящий момент удается не на всех оборотах. У разных двигателей пик максимального крутящего момента достигается на различных режимах – у одних он больше на малых оборотах (в диапазоне 1800-3000 об/мин), у других – на более высоких (в диапазоне 3000-4500 об/мин). Объясняется это тем, что в зависимости от конструкции впускного тракта и фаз газораспределения эффективное наполнение цилиндров топливно-воздушной смесью происходит только при определенных оборотах.

Кто сильнейший?

Большим крутящим моментом обладают многоцилиндровые двигатели, моторы с турбо- и механическим наддувом. А чемпионами по величине крутящего момента являются «дизели». Многие из них обеспечивают автомобилю высокую динамику уже при 800-1000 об/мин. Если же стать обладателем «дизеля», нет возможности, то подбирать машину лучше с двигателем, у которого максимальный крутящий момент развивается при более низких оборотах. Такой автомобиль легче разгонять. В противном случае двигатель придется «насиловать» высокими оборотами, при которых и расход топлива выше и детали изнашиваются более интенсивно.

Те, кто следит за тенденциями развития автомобилестроения, могли заметить, что создатели двигателей стремятся «выровнять» кривую крутящего момента, т.е. сделать его практически одинаковым во всем диапазоне оборотов. Делается это для того, чтобы исключить провалы на режимах, когда величина крутящего момента еще или уже не позволяет передать на колеса большую силу тяги.

Один из таких моторов – 2,7-литровый V-образный шестицилиндровый турбированный двигатель Audi. Этот 250-сильный двигатель развивает огромный крутящий момент 350 Н•м в широком диапазоне оборотов – от 1800 до 4500. Другой подобный, хотя и менее мощный двигатель предлагает концерн Volkswagen. Его 1,8-литровый 180-сильный турбированный мотор развивает крутящий момент 228 Н•м в диапазоне оборотов от 2000 до 5000. Ездить на машинах с такими двигателями сплошное удовольствие – независимо от оборотов при нажатии на педаль «газа» автомобиль одинаково динамичен (приемист) и не только позволяет любителям спортивной езды полностью реализовать свои желания, но и при спокойной езде способствует уверенным обгонам, перестроениям и движению при полной загрузке.

Повышение и «выравнивание» крутящего момента в современных двигателях обеспечивают различными путями: устанавливают по три, четыре и даже пять клапанов на цилиндр, механизмы изменений фаз газораспределения, впускные тракты делают с изменяемой длиной, крыльчатки турбин делают керамическими и регулируемыми с изменяемым углом наклона лопаток и т.д. Вся эта модернизация направлена на совершенствование процессов наполнения цилиндров свежим зарядом. Наибольшего результата в этом деле добились инженеры SAAB. В свой пока еще экспериментальный двигатель SAAB Variable Compression объемом всего 1,6 л они умудрились заложить мощность, равную 225 л.с. и крутящий момент 305 Н•м. Добиться столь высоких показателей шведским моторостроителям удалось благодаря возможности изменения объема камеры сгорания и соответственно степени сжатия (от 14:1 до 8:1) в зависимости от режимов работы двигателя. Получению этих характеристик способствует и система наддува воздуха под высоким давлением – 2,8 атм., четыре клапана на цилиндр и система промежуточного охлаждения воздуха (Intercooler) (см. «Автоцентр» №14 ‘2000).

Мощность

А как же обстоит дело с таким популярным показателем как мощность? Здесь ситуация складывается следующим образом. Наверное, многие замечали, что рядом с указываемой в характеристике мощностью всегда стоит значение оборотов коленчатого вала, при которых двигатель развивает эту мощность. Как правило, эти обороты приближены к максимальным. Во всех других режимах двигатель выдает только некоторую часть указанной мощности.

Почему так происходит, хорошо видно из формулы для вычисления мощности двигателя (кВт) – N=Mкрn/9549, где Mкр – средний крутящий момент двигателя (Н.м), n – обороты коленчатого вала двигателя (об/мин). Из формулы следует, что на значение мощности влияют величины крутящего момента и обороты двигателя. Но так как численные значения оборотов двигателя в десятки раз превышают величину крутящего момента (например, 3000 об/мин и 120 Н.м), то и на изменение мощности они будут влиять в большей степени. Это еще одно доказательство того, что силу мотора мощность отражает косвенно.

Вышесказанное подтверждается следующим примером. Когда мы едем по трассе с постоянной скоростью, приложенная к ведущим колесам автомобиля сила тяги расходуется на преодоление всевозможных сил сопротивления движению (аэродинамическую, качению колес и т.д.) и трение в различных механизмах. Но когда возникает потребность резко ускориться для обгона, сделать это удается не всегда, так как появляется необходимость преодолевать появившиеся силы инерции. В этом случае говорят, что у двигателя не хватает мощности. Но мощность здесь ни при чем, так как со всеми силами сопротивления движению борется сила тяги, зависящая от величины крутящего момента двигателя. Чтобы увеличить силу тяги, необходим запас крутящего момента. Величина этого запаса и влияет на то, как быстро сможет ускориться автомобиль.

Для получения более резкого ускорения можно, конечно, и переключиться на пониженную передачу, когда передаточное число трансмиссии станет большим и сила тяги на колесах увеличится. Однако при этом есть опасность «перекрутить» двигатель, да и дальнейшего ускорения мы можем не получить, так как режим работы двигателя может быть приближен к экстремальному. Аналогичная ситуация складывается и на подъемах, когда запас крутящего момента одних двигателей позволяет продолжить движение, а у других его отсутствие требует перехода на пониженную передачу.

Вывод отсюда напрашивается следующий: какой бы мощностью ни обладал двигатель, а способность разгонять автомобиль и «вытаскивать» его на подъем полностью возложена на крутящий момент. Возникает вполне сп

www.drive2.ru

Nissan Primera SRi SHAMAN-cust0ms: 速い › Бортжурнал › Мощность и крутящий момент. Анализируем дино-графики. /Ликбез/

Некоторые "тюнинг-мастерские" иногда сделают что угодно, чтобы показать клиенту желанные цифры. Многим людям достаточно увидеть большие пиковые значения и они будут довольны, не обращая внимание на кривые графиков. Надеюсь, после прочтения этой записи Вы поймете как отличить хорошую мощностную кривую от плохой.

Сразу хотел бы уточнить, что все графики взяты с буржуйских сайтов. Они измеряют крутящий момент фунтами силы на фут, а не метрическими ньютон-метрами. В формулах я старался перевести всё в систему Си.

Соотношения мощности и крутящего момента

1 л.с. = 745.7 Нм в секунду.

Л.с. напрямую связаны с крутящим моментом по времени. В наших условиях можно перевести время в обороты коленвала двигателя.

Таким образом, конечное соотношение будет иметь примерно вот такой вид:

Мощность = (Крут. момент * RPM) / 7120.756, где
Мощность — л.с.
Крутящий момент — Нм
RPM — обороты коленвала, об/мин

Запомните это соотношение. Имейте в виду, что динамометры меряют только крутящий момент, они не меряют мощность. Кривая мощности полностью вычисляется с помощью вышеприведенного соотношения.

Изменения кривой крутящего момента (желтая кривая) очень сильно отражаются на изменении кривой мощности (синяя кривая). И не смотря на то, что кривая момента может быть ровной или даже слегка спадать, мощность двигателя может расти из-за растущих оборотов двигателя. Конечно, такое может продолжаться лишь до тех пор, пока вдоль диапазона оборотов кривая момента не начнет спадать быстрее, чем могут вырасти обороты двигателя, что в результате сказывается на падении мощности в данном диапазоне.

Кривые крутящего момента и мощности тут находятся на одной оси. Обманный трюк дино-стендов — когда кривые момента и мощности находятся на разных осях. Потому что когда эти кривые находятся на одном графике — соотношение между ними гораздо нагляднее.

В целом, есть только два способа повысить мощность — повысить крутящий момент или повысить обороты. Сейчас многие двигатели с небольшим крутящим моментом могут добиться больших значений мощности благодаря способности сохранять уровень момента близкий к пиковому на высоких оборотах двигателя.

Теперь, когда основы вроде как изучили, перейдем к вопросу, почему максимальные значения мощности не всегда всё решают…

Пиковая мощность против Средней мощности

Максимальная мощность: 142 л.с.
Средняя мощность: 117,2 л.с.

Это пример дино-графика стоковой Хонды Integra GS-R. Многие сразу же обращают внимание на значение максимальной мощности, не утруждая себя подсчетами средней мощности. Сильный диапазон мощности определяется "зоной под кривой". Автомобиль, у которого площадь фигуры созданной кривой будет самой большой, окажется самым быстрым в реальной жизни. Многие "серьезные тюнеры" разочаровываются из-за того, что в реальной жизни авто оказывается не таким быстрым, как обещали пиковые значения максимальной мощности по графикам. Но такие люди преимущественно предпочитают мериться письками, демонстрируя распечатки дино-графиков, а не при помощи реальных соревнований. Средняя мощность крутящий момент дают лучшее представление о "зоне под кривой" и насколько хороший у автомобиля диапазон мощности.


Стоковая GS-R: Макс. мощность = 142 л.с. Средняя мощность = 117.2 л.с.
GS-R 1: Макс. мощность = 160 л.с. Средняя мощность = 112.4 л.с.
GS-R 2: Макс. мощность = 152 л.с. Средняя мощность = 125.8 л.с.

Машина, которая выдает "больше всех мощности" на самом деле выдает меньше всех мощности из-за диапазона, который еще меньше, чем у стока. В реальных условиях 160-сильная GS-R с большим трудом могла бы держаться за стоковой GS-R как только выходила бы за пределы своего узенького диапазона высокой мощности.

Максимальная мощность играет небольшую роль в общей картине мощности, которую выдает двигатель, но по какой-то причине — это любимая вещь для определения, у кого гениталии больше) Вот интересно, почему же на дино-графиках не показывают значения средней мощности двигателей, не смотря на то, что это очень просто можно посчитать? Наверно потому что это помешает продаже моднявых тюнячек, которые прибавляют "дофигища мощи", но при этом лишь в очень узеньком диапазоне оборотов…

Дальше рассмотрим графики двух GS-R, которые демонстрируют одинаковую пиковую мощность. Как же определить, какая из них быстрее, без наложения графиков?

Анализируем мощностные кривые

С какой стороны посмотреть на графики? Что делать, если у нас нет базового графика, с которым можно было бы сравнивать?

Двое разных людей достигли планки в 200 л.с. на своих GS-R. В одиночку без сравнения этих графиков между собой будет трудно понять, у кого эти 200 л.с. круче.

Фишка крепкого рабочего диапазона — достичь пика крутящего момента в сравнительно ранней точке и удержать его уровень для получения хороших уровней мощности. Это почти всегда компромисс — получить большую пиковую мощность или достичь максимума момента на низших оборотах.

Таким образом, секрет кроется в кривых крутящего момента, поскольку мы уже знаем, что мощность и крутящий момент имеют прямую пропорцию по оборотам коленвала. Если глянуть отдельно на каждый из двух графиков показанных выше, первый достигает пикового крутящего момента раньше и держит его, пока второй достигает пикового момента гораздо позже.

Попробуем наложить эти два графика один на другой и посмотрим, что получится.

Хотя было сказано, что обе машины выдают 200 л.с., GSR1 будет гораздо быстрее. Заметьте, что пиковый крутящий момент у GSR1 тоже больше.

На высоких оборотах не нужно много крутящего момента чтобы сделать много мощности, поэтому когда рассматриваются двигатели с близкими значениями пиковой мощности, можно быть уверенным, что двигатель с большим крутящим моментом будет иметь лучший рабочий диапазон.

Таким образом стало понятно, что важна не максимальная мощность, а форма кривой момента в определенных диапазонах, которая позволит получить наилучшую производительность.

Надеюсь, теперь Вы понимаете, как анализировать дино-графики и как отличить хороший график от плохого.
Надеюсь, Вам это пригодится :)

Как говорится, "Лошадиные силы продают автомобиль, а гонки выигрывает крутящий момент"

Дочитал до конца? Спасибо за внимание, мой друг!
А теперь не жадничай! Подкинь овердрайва! :)

www.drive2.ru

Матчасть 16. Крутящий момент и Лошадиные силы — DRIVE2

Я не я, и корова не моя)

Доброго утра мои маленькие любители сисечек, и других женских прелестей) сегодня мы с вами продолжим развивать наши извилинки, для тех кто не любит большие и маленькие молочные железы, а любит поковырять мотор, ждет приятная пища для ума)

Продают лошадиные силы, а гонку выигрывает крутящий момент.

Пойдем от истории, к практике.

Тяговые возможности моторов еще с момента рождения самоходных колясок(не ну а как еще назвать повозку Генри Форда?) принято оценивать по мощности, которая выражается в лошадиных силах. Из-за отсутствия в те далекие времена методики расчета и определения мощности до 1906-1907 годов эта характеристика двигателя имела не вполне четкое обозначение – она показывала приблизительную мощность – «от» и «до», например, от 15 до 20 л.с.(как вы понимаете, ваша машина тоже имеет приблизительную мощность, а в документах указана МАКСИМАЛЬНОЕ значение лошадиных сил. запомните это на всякий случай)

С 1907 года этот неточный показатель мощности разделили на два значения, например, 6/22 л.с. В первую цифру заложили значение налоговой ставки, а во вторую – мощность. Введенная налоговая лошадиная сила соответствовала определенному значению рабочего объема двигателя: 261,8 куб. см для четырехтактных моторов и 174,5 куб. см – для двухтактных. Появление такого способа установления налоговых ставок было обусловлено зависимостью рабочего объема двигателя от количества вырабатываемой им энергии и потребления топлива. Обозначать мощность в киловаттах (кВт), согласно международной системе измерений СИ, начали значительно позже.

На самом деле «мощность» отражает тяговые возможности двигателя лишь косвенно. С этим согласятся те, кто ездил на автомобилях-одноклассниках с двигателями приблизительно равной мощности и объема. Они наверняка заметили, что одни автомобили достаточно резвы начиная с низких оборотов, другие любят только высокие обороты, а на малых ведут себя достаточно вяло.

Много вопросов возникает у тех, кто после легковушки с 110-120-сильным бензиновым мотором пересел за руль такой же машины, но с дизельным двигателем мощностью всего 70-80 л.с. По динамике разгона, не используя спортивный режим (высокие обороты), на первый взгляд маломощный «дизель» с легкостью обойдет своего бензинового брата. В чем же здесь дело?

Будем разбираться)

Мощность, которую производит двигатель, называется лошадиная сила. С точки зрения математики, одна лошадиная сила — это мощность, достаточная для поднятия груза массой в 75 кг на высоту 1 метр за 1 секунду, или мощность, достаточная для поднятия груза массой в 4500 кг на высоту 1 метр за 1 минуту. В физике мощность имеет простое определение, как скорость выполнения работы.

Мощность двигателя в л. с. измеряется при помощи динамометра. Динамометр подает нагрузку на двигатель и измеряет касательное усилие, прилагаемое коленвалом двигателя, для сопротивления данной нагрузке. Обычно это тормозная нагрузка, препятствующая вращению колес.

При этом динамометр измеряет эффективный крутящий момент двигателя. В автомобиле крутящий момент измеряется на различных скоростях вращения двигателя, или оборотах в минуту (об/мин). Для получения мощности в лошадиных силах, необходимо подставить эти два значения в формулу: крутящий момент умножить на об/мин и разделить на 5252. Общество автомобильных инженеров выделяет два стандарта определения мощности в лошадиных силах: нетто и брутто. При измерении мощности брутто, с двигателя снимаются многие нагрузки, включая управление выхлопом. Мощность нетто можно узнать при испытаниях автомобилей в выставочных залах, и именно это значение используется в рекламе и фиксируется в технической документации производителя.

Соотношения мощности и крутящего момента

1 л.с. = 745.7 Нм в секунду.

Л.с. напрямую связаны с крутящим моментом по времени. В наших условиях можно перевести время в обороты коленвала двигателя.

Таким образом, конечное соотношение будет иметь примерно вот такой вид:

Мощность = (Крут. момент * RPM) / 7120.756, где
Мощность — л.с.
Крутящий момент — Нм
RPM — обороты коленвала, об/мин

Запомните это соотношение. Имейте в виду, что динамометры меряют только крутящий момент, они не меряют мощность. Кривая мощности полностью вычисляется с помощью вышеприведенного соотношения.

Противостояние «л.с. – Нм»
логично выливается в противостояние «бензин – дизель». Серийные бензиновые двигатели развивают не самый большой крутящий момент. К тому же максимального значения он достигает только на средних оборотах (обычно 3000-4000). Зато эти моторы могут раскручиваться до 7-8 тыс. об./мин., что позволяет им развивать довольно большую мощность. Ведь согласно приведенной выше формуле, мощность численно от оборотов зависит гораздо больше, чем от момента.
По этой же причине тихоходные дизели (развивают не более 5 000 об./мин.), обладая внушительным моментом, доступным практически с самых «низов», в максимальной мощности проигрывают бензиновым.
Однако мощность важна не только максимальная. Как уже было сказано, мощность, которую развивает двигатель на оборотах ниже предельных, как правило, так же далека от максимальной заявленной. Ключом к пониманию характера любого мотора являются кривые его характеристик: мощности и момента.

Изменения кривой крутящего момента (желтая кривая) очень сильно отражаются на изменении кривой мощности (синяя кривая). И не смотря на то, что кривая момента может быть ровной или даже слегка спадать, мощность двигателя может расти из-за растущих оборотов двигателя. Конечно, такое может продолжаться лишь до тех пор, пока вдоль диапазона оборотов кривая момента не начнет спадать быстрее, чем могут вырасти обороты двигателя, что в результате сказывается на падении мощности в данном диапазоне.

Кривые крутящего момента и мощности тут находятся на одной оси. Обманный трюк дино-стендов — когда кривые момента и мощности находятся на разных осях. Потому что когда эти кривые находятся на одном графике — соотношение между ними гораздо нагляднее.

В целом, есть только два способа повысить мощность — повысить крутящий момент или повысить обороты. Сейчас многие двигатели с небольшим крутящим моментом могут добиться больших значений мощности благодаря способности сохранять уровень момента близкий к пиковому на высоких оборотах двигателя.

Теперь, когда основы вроде как изучили, перейдем к вопросу, почему максимальные значения мощности не всегда всё решают…



Пиковая мощность против Средней мощности

Максимальная мощность: 142 л.с.
Средняя мощность: 117,2 л.с.

Это пример дино-графика стоковой Хонды Integra GS-R. Многие сразу же обращают внимание на значение максимальной мощности, не утруждая себя подсчетами средней мощности. Сильный диапазон мощности определяется "зоной под кривой". Автомобиль, у которого площадь фигуры созданной кривой будет самой большой, окажется самым быстрым в реальной жизни. Многие "серьезные тюнеры" разочаровываются из-за того, что в реальной жизни авто оказывается не таким быстрым, как обещали пиковые значения максимальной мощности по графикам. Но такие люди преимущественно предпочитают мериться письками, демонстрируя распечатки дино-графиков, а не при помощи реальных соревнований. Средняя мощность крутящий момент дают лучшее представление о "зоне под кривой" и насколько хороший у автомобиля диапазон мощности.

Стоковая GS-R: Макс. мощность = 142 л.с. Средняя мощность = 117.2 л.с.
GS-R 1: Макс. мощность = 160 л.с. Средняя мощность = 112.4 л.с.
GS-R 2: Макс. мощность = 152 л.с. Средняя мощность = 125.8 л.с.

Машина, которая выдает "больше всех мощности" на самом деле выдает меньше всех мощности из-за диапазона, который еще меньше, чем у стока. В реальных условиях 160-сильная GS-R с большим трудом могла бы держаться за стоковой GS-R как только выходила бы за пределы своего узенького диапазона высокой мощности.

Максимальная мощность играет небольшую роль в общей картине мощности, которую выдает двигатель, но по какой-то причине — это любимая вещь для определения, у кого гениталии больше) Вот интересно, почему же на дино-графиках не показывают значения средней мощности двигателей, не смотря на то, что это очень просто можно посчитать? Наверно потому что это помешает продаже моднявых тюнячек, которые прибавляют "дофигища мощи", но при этом лишь в очень узеньком диапазоне оборотов…

Дальше рассмотрим графики двух GS-R, которые демонстрируют одинаковую пиковую мощность. Как же определить, какая из них быстрее, без наложения графиков?

Анализируем мощностные кривые

С какой стороны посмотреть на графики? Что делать, если у нас нет базового графика, с которым можно было бы сравнивать?

Двое разных людей достигли планки в 200 л.с. на своих GS-R. В одиночку без сравнения этих графиков между собой будет трудно понять, у кого эти 200 л.с. круче.

Фишка крепкого рабочего диапазона — достичь пика крутящего момента в сравнительно ранней точке и удержать его уровень для получения хороших уровней мощности. Это почти всегда компромисс — получить большую пиковую мощность или достичь максимума момента на низших оборотах.

Таким образом, секрет кроется в кривых крутящего момента, поскольку мы уже знаем, что мощность и крутящий момент имеют прямую пропорцию по оборотам коленвала. Если глянуть отдельно на каждый из двух графиков показанных выше, первый достигает пикового крутящего момента раньше и держит его, пока второй достигает пикового момента гораздо позже.

Попробуем наложить эти два графика один на другой и посмотрим, что получится.

Хотя было сказано, что обе машины выдают 200 л.с., GSR1 будет гораздо быстрее. Заметьте, что пиковый крутящий момент у GSR1 тоже больше.

На высоких оборотах не нужно много крутящего момента чтобы сделать много мощности, поэтому когда рассматриваются двигатели с близкими значениями пиковой мощности, можно быть уверенным, что двигатель с большим крутящим моментом будет иметь лучший рабочий диапазон.

Таким образом стало понятно, что важна не максимальная мощность, а форма кривой момента в определенных диапазонах, которая позволит получить наилучшую производительность.

Цель и средства

Наращивать мощность моторов можно по-разному. Самый «примитивный» способ – увеличение рабочего объема – слава богу, свое, похоже, отжил. Теперь в чести более продвинутые методы.
Увеличение максимального числа оборотов позволяет поднять мощность без серьезного изменения крутящего момента. Пример – BMW M5/M6, двигатель которых крутится до 8250 об./мин.
Турбо- и механический наддув резко повышают крутящий момент мотора. К примеру, двигатель 2,0 FSI (VW, Audi) выдает 150 л.с. и 200 Нм. Он же, но с турбиной (2,0 TFSI) – 200 л.с., 280 Нм.
Изменение фаз газораспределения (VTEC, VVTi, bi-VANOS) позволяет поднять момент и сдвинуть его в зону «нужных» оборотов. Самый изощренный способ – возможность изменения степени сжатия. Так, на 1,6-литровом турбо-двигателе SAAB, благодаря подвижной головке блока, она варьируется от 8:1 до 14:1. Результат – 308 Нм и 225 л.с.

Ну и теперь вырезка из какой то статьи, которая очень наглядно покажет нам разницу крутящего момента

Понять, что значат на практике «лишние» ньютон-метры и лошадиные силы, мы решили на примере двух новейших Volkswagen Passat с упомянутыми двухлитровыми моторами – турбо-дизелем и бензиновым атмосферником. У первого – 140 л.с. и 320 Нм, у второго – 150 л.с. и 200 Нм. Для кристальной чистоты эксперимента обе машины были с шестиступенчатыми механическими коробками (разницу передаточных отношений главной пары в данном случае считаем несущественной).
На дизельном Passat мы уже ездили, а потому хорошо знакомы с его неординарной натурой. На холостых и малых оборотах мотор не проявляет особого энтузиазма, но по

www.drive2.com

Расчет максимального крутящего момента… — Mitsubishi Airtrek Turbo, 2.4 л., 2002 года на DRIVE2

Всем привет. Решил написать еще один пост на тему получения крутящего момента в атмодвигателе. Цель, как всегда, одна- попытаться получить представление о том, какие значения крутящего момента являются реалистичными (и при каких условиях), а какие нет. Как всегда, попробуем ответить на этот вопрос с точки зрения физики.
С точки зрения физики крутящий момент – это способ передачи энергии. Во время работы двигателя мы извлекаем энергию, находящуюся в топливе, и трансформируем ее в механическую работу. Т е величина максимального крутящего момента всегда ограничена количеством энергии, имеющимся в нашем распоряжении. Таким образом, максимальный крутящий момент зависит от того, сколько мы сможем сжечь топлива в цилиндре и получить из него энергии, которая трансформируется в механическую работу. Естественно, чем больше объем двигателя, тем больше топлива мы можем сжигать и получать больше энергии. Но, при этом, мы можем и рассчитать максимально доступную величину крутящего момента на 1 литр объема двигателя, чтобы получить представление о том, о каких цифрах можно говорить в реальности и при каких условиях.
Давайте считать…
Плотность воздуха при 20 градусов Цельсия составляет 1,24 кг на 1 кубический метр (м3).
Считаем массу воздуха в 1 литре: 1,24кг / 1000
Стехиометрическая смесь для бензина составляет 14.7 единиц массы воздуха к 1 единице массы топлива – при таком соотношении топливо сгорает полностью.
Соответственно, в 1 литре воздуха с температурой 20 градуса Цельсия можно сжечь столько бензина: 1,24 кг / 1000 / 14,7
Теплота сгорания бензина составляет чуть менее 44 МДж на 1 кг. (АИ 92 — 32,34 МДж/литр. АИ 95 — 33,00 МДж/литр. АИ 98 — 33,66 МДж/литр. Среднее начения плотности: для АИ-92 — 0,735 г/куб. см, для АИ-95 — 0,750 г/куб. см, для АИ-98 — 0,765 г/куб. см.)
Получаем максимальную энергию сгорания бензина в 1 литре воздуха при 20 градусов Цельсия:
1,24 кг / 1000 / 14,7 х 44 х 1000000 = 3711,5 Джоулей.
Такое количество энергии мы получаем от сжигания топлива в 1 литре воздуха при температуре 20 градусов Цельсия. Далее, как я уже говорил, эта энергия трансформируется в механическую работу в нашем 4-х тактном двигателе, где полный цикл совершается за 2 оборота коленвала. Как мы все помним, в одном обороте содержится 2 х Пи радиан. Поэтому максимальный крутящий момент, который мы можем получить с одного литра объема будет равен 3711,5 / 2 / (2 х 3,1415) = 295,36 Нм… Шикарная цифра, правда? Любой тюнер бы позавидовал такому показателю всего с 1 литра объема двигателя)) Подвох в том, что такой крутящий момент мы можем получить при 100 процентном КПД двигателя, когда абсолютно вся полученная энергия уйдет в полезную работу без каких-либо потерь. Все мы прекрасно понимаем, что в реальной жизни такого не бывает и какие-то потери будут в любом случае, поскольку часть энергии уходит в нагрев двигателя, часть энергии в буквальном смысле вылетает в трубу с выхлопными газами и лишь небольшая часть энергии трансформируется в полезную работу. И здесь мы должны задать себе практически самый главный вопрос, от которого зависит реалистичность всех дальнейших выводов. С каким КПД работает обычный, среднестатистический мотор?
Ответ на этот вопрос достаточно прост, но я предлагаю начать немного с другого конца. Давайте посмотрим на КПД моторов там, где этому вопросу уделяется больше всего внимания. Та область авто-инженерии, где делается абсолютно все возможное, чтобы сохранить как можно больше энергии от траты впустую и максимально трансформировать ее в полезную работу. Давайте посмотрим на двигатели НАСКАРа и Формулы-1 последнего атмо периода. Двигатель НАСКАР довольно стар снаружи, но использует ультрасовременные, чрезвычайно эффективные компоненты. Про двигатели Ф-1, я думаю, даже не нужно ничего объяснять. Так вот, со всеми своими супертехнологиями, КПД двигателя НАСКАР составляет всего…35,5 процентов))) КПД Атмо двигателя 2.4 литра Формулы-1 держался в районе 30+ процентов.
Думаю, что у обычного, среднестатистического старого двигателя разработки конца прошлого, начала этого века, вряд ли КПД будет больше. Поэтому предлагаю ориентироваться на цифру КПД, близкую к КПД двигателя Формулы-1 (чтобы не расстраивать владельцев старых двигателей)- 30 процентов.
Напомню, при 100 процентном КПД мы могли бы получить 295,36Нм крутящего момента с 1 литра объема, теперь давайте посчитаем, какую величину крутящего момента мы получим при КПД двигателя 30 процентов. 295,36Нм х 0,3 = 88,6Нм. Да, вот так- всего порядка 80-90Нм крутящего момента с литра объема. И это на качественном, высокооктановом бензине. Низкооктановый бензин (95, 92) не даст реализовать эту цифру, поскольку уменьшит КПД двигателя даже ниже 30 процентов.
Предел ли это? Нет, не предел, конечно же. Можно улучшить это значение при использовании индукционного наддува, когда в двигатель попадает больше массы воздуха, чем при 100 процентном наполнении. Недавно, в посте про расточку каналов ГБЦ я упоминал Ram Effect – тот самый индукционный наддув, который позволяет доупаковать в цилиндр больше массы воздуха, чем 100 процентов. Грамотно спроектированная ГБЦ может дать наполнение порядка 110 процентов. Таким образом, у нас появится дополнительная масса воздуха, которая позволит нам сжечь дополнительное топливо, получить дополнительную энергию и трансформировать ее в полезную работу, увеличив крутящий момент. Считаем: 88,6Нм х 110 процентов = 97,5Нм. Именно столько может дать хорошая ГБЦ – около 100 Нм крутящего момента с литра объема и такая цифра считается очень приличным результатом у тех, кто реально смотрит на вещи (что очень часто подтверждается стендами типа Мустанг).
Можно ли получить еще больше? Конечно можно. Хорошо портированая ГБЦ вкупе с резонансным наддувом на впуске и выпуске, нестандартными валами вполне может дать наполнение и больше, до 120 процентов. Считаем: 88,6Нм х 120 процентов = 106,3Нм. 105-110 Нм с литра объема -это будет отличнейший результат для обычного двигателя, при том условии, что достижение такого высокого наполнения возможно лишь только на очень высоких оборотах, 6000 и выше, там, где скорость потока воздуха позволяет наполнять цилиндр так существенно за счет инерции потока воздуха.
Можно ли еще увеличить цифру получаемого крутящего момента? Да можно. Это можно сделать другим путем- увеличить КПД мотора, увеличив степень сжатия. Подняв степень сжатия с 9 до 14, для примера, можно получить прирост кпд в несколько процентов. Предположим, что нам удалось поднять КПД с 30 до 35.5 процентов, как у НАСКАР, за счет увеличения степени сжатия, компонентов с термической обработкой, легких материалов и снижения потерь на трение. Давайте посчитаем: всего у нас было в наличие энергии на 295,36Нм крутящего момента – мы смогли извлечь 35.5 процентов из этого 295,36Нм х 0.355 = 104,85Нм с литра объема. Аж на 16Нм больше, чем у обычного двигателя .Вкупе с резонансным наддувом, который на спортивных двигателях позволяет увеличивать массу воздушного заряда в цилиндре до 120-125 процентов, мы можем получить еще больше крутящего момента: 104,85 х 125 процентов = 131Нм крутящего момента. Ради интереса смотрю спеки двигателя НАСКАР – 130 Нм крутящего момента с литра объема)))
В общем, думаю, процесс расчета понятен. Само собой, всегда будут приятные исключение, особенно среди современных двигателей, инженеры которых непрестанно работают над увеличением КПД мотора (я уже несколько раз упоминал приз за лучший двигатель года инженерам ФВ, которые умудрились увеличить КПД мотора аж на …2 процента несколько лет назад)), но в целом реальная картинка выглядит именно так.
PS – Кто понимает английский, настоятельно рекомендую посмотреть видео об эффективности мотора НАСКАР и увидеть объяснение, каким образом, имея в наличии энергию аж на 2400лс, в конечном счёте мотор теряет две трети этой энергии и выдаёт всего лишь порядка 860 лс.

www.drive2.ru

Chevrolet Lanos › Бортжурнал › Интересная статья про увеличение мощности и крутящего момента

Головка блока цилиндров – что мы можем «выжать» из этого узла? Как обеспечить более производительную работу и увеличить момент? Основная задача головки блока цилиндров это впуск сгораемой смеси и выпуск сгоревших газов, как раз подача в камеру сгорания большего объема способствует повышению момента. Некоторые автолюбители турбируютдвигатели, т. е. воздушная масса не всасывается тактом, а нагнетается турбиной, следовательно, не затрачивается энергия на забор воздуха. Но такие модернизации дороги, и очень сложны, не каждый двигатель получится модифицировать, но прирост при этом будет ощутимый. Приемлемым вариантом видится увеличение пропускной способности впускного клапана. Подбирается клапан с большим диаметром тарелки, после дорабатывается сам клапан на токарном станке и подгоняется под него посадочное место для как можно плотного прилегания клапана и последующего надежного запирания камеры сгорания. В этом вопросе для каждого двигателя будут свои нюансы. Увеличить крутящий момент можно также заменой распределительного вала на спортивный вариант с регулируемым шкивом и измененной программой управления. Отличие спортивного распределительного вала от стокового в измененном профиле кулачков, т. е. фазами газораспределения, это позволяет более эффективно наполнять рабочую камеру смесью. А большее количество рабочей смеси при сгорании лучше давит на поршень, и, следовательно увеличивает крутящий момент двигателя.

Еще одним способом увеличения крутящего момента является увеличение степени сжатия путем уменьшения объема камеры сгорания. За счет малого объема большей компрессии достигнуть легче. Уменьшая объем камеры сгорания, путем фрезеровки плоскости головки блока цилиндров, либо установка поршней сдругой формой верхней части занимающей больший объём, но такие модификации вряд ли возможны на 16 клапанных двигателях, так как в таких моторах поршень вплотную приближается к клапанам. При обрыве ремня газораспределительного механизма поршень врезается в открытые клапана и приводит их в негодность. Что чревато дорогостоящим ремонтом головки блока цилиндров и возможно узлов самого блока цилиндров.

Следующим основным шагом является увеличение рабочего объёма. Для этого необходимо заменить каленчатый вал, шатуны и поршни. Увеличение рабочего объема способствует основной нашей задаче, а именно увеличить крутящий момент в интервале между низкими и средними оборотами двигателя. С таким мотором для хорошего разгона его не придется «крутить» до высоких 5-6 тысяч. Далее модифицируем поршни, установкой облегченных собратьев. Уменьшая массу поршня, мы снимаем часть нагрузки на коленчатый вал и коренные шейки также уменьшается инерция поршня и в мертвых точках поршню легче остановиться. Все эти модификации должны сопровождаться изменением углов зажигания, настройки подачи топлива и воздуха. Для инжекторных двигателей это прошивка электронного блока управления (ЭБУ), для карбюраторных тщательная настройка карбюратора. Еще одним вариантом повышения динамических характеристик может служить расточка блока цилиндров и установка поршней большего диаметра, но стоит отметить, что расточка также практикуется в ремонтных целях, и может отрицательно сказаться на ресурсе двигателя.

Проделав некоторые модификации, вы приятно удивитесь новым способностям вашего автомобиля.

Увеличение вращающего момента.

Любая реконструкция двигателя с целью улучшения его характеристик — работа комплексная, основанная на четком представлении о том, что мы хотим получить, как это сделать, и можно ли это сделать вообще. Здесь без знания рабочих процессов, протекающих в двигателе, никак не обойтись. Также необходимо понимать, что в двигателе все взаимосвязано: изменение в одном узле ведет к перемене всего рабочего процесса- от воздухозаборника до среза выхлопной трубы. Причем на разных режимах любое вмешательство оказывает различное воздействие: что хорошо на одном режиме, может оказаться плохо на другом.
К основным характеристикам двигателя мы обычно относим крутящий момент и мощность. Именно их и стремятся увеличить, проводя тюнинг мотора. Осуществить это можно с помощью двух основных способов. Первый способ — увеличение крутящего момента на коленчатом вале. Второй — не трогая величину крутящего момента, переместить его в зону высоких оборотов.

Крутящий момент практически не зависит от частоты вращения коленвала, а определяется лишь объемом двигателя и давлением в цилиндре. С объемом все понятно — чем больше, насколько позволяет конструкция двигателя, тем лучше. Давление можно повысить, увеличив степень сжатия. Правда, резервов тут немного — возможности этого способа ограничены детонацией. Можно подойти и с другой стороны. Чем больше топливовоздушной смеси мы "загоним" в двигатель, тем, очевидно, больше тепла выделится при ее сгорании в цилиндре и тем выше будет давление в нем. Это справедливо для атмосферных моторов.
Второй вариант применим к семейству наддувных двигателей. Изменив характеристику блока управления, можно несколько увеличить величину наддува, благодаря чему удастся снять больший момент с коленчатого вала.
И третий вариант — добиться лучшего наполнения цилиндров, улучшив газодинамику, — самый распространенный и самый… негарантированный. Идея в том, что нужно сделать нечто с каналами и камерой сгорания… Но все по порядку.
Рабочий объем. Один из основных вариантов — увеличение рабочего объема цилиндров настолько, на сколько это возможно. В разумных пределах, конечно. Для дорожного автомобиля этот подход наиболее правильный, потому что, увеличив объем, при этом не изменяя распредвал, т.е. оставив моментную кривую в том же диапазоне оборотов, в котором она и была, водителю не нужно будет переучиваться манере вождения. А на выходе получим искомое — более динамичный автомобиль.
Рабочий объем можно увеличить двумя способами — заменив стандартный коленвал на коленвал с большим эксцентриситетом или расточив цилиндры под поршни большего диаметра. Логично поинтересоваться — что более эффективно и что менее затратно. Ведь что такое объем двигателя: это есть произведение площади поршня на его ход. Увеличив, условно говоря, в два раза диаметр, мы в четыре раза увеличиваем площадь. Потому что в квадрате. А увеличив в два раза ход, мы лишь в два раза увеличиваем объем. Вот такая математика. Теперь об экономике вопроса. На первый взгляд кажется, что замена кривошипного механизма менее затратна, нежели расточка блока в больший размер. Нюанс в том, что коленвал с большим эксцентриситетом еще найти надо. Делают их на заказ редкие фирмы, производство дорогостоящее и сложное. Разумно в этом случае уповать на стандартизацию производителя. Поэтому логично купить серийное изделие, в нашем случае коленвал, и уже под него подбирать поршневую группу. Конечно, понадобятся другие поршни и шатуны. Это сложно, но подобрать можно. Вопрос в другом. Конструктивно такой ход закладывает дополнительные механические потери в работе двигателя, виновниками которых станут более короткие шатуны. Это аксиома- поставив коленвал с большим эксцентриситетом, придется поставить более короткие шатуны, ведь нарастить блок мы не сможем. В чем их минус? Чем короче шатун, тем с большим углом он "переламывается", тем с большим усилием он прижимает поршень к стенке цилиндра. А чем больше усилие прижима, при том же коэффициенте трения, тем больше величина сопротивления движения. И этот фактор следует рассматривать не только с точки зрения механических потерь, но и с точки зрения надежности, т.к. короткие шатуны подвергаются большим нагрузкам. В тюнинге, как правило, такими "мелочами" пренебрегают. Когда нельзя, но очень хочется, то можно. Очевидный выигрыш в плане минимизации затрат — увеличение рабочего объема за счет увеличения диаметра цилиндра. Как правило, все двигатели имеют достаточно толстую стенку цилиндра, запас по прочности. Если, скажем, на два миллиметра увеличить диаметр, то можно получить дополнительный объем. При толщине стенки 7-8 мм одним миллиметром можно пожертвовать. И достаточно часто можно обойтись серийными поршнями. Правда, однозначно заявлять, что увеличение диаметра цилиндров дешевле, нежели замена коленчатого вала, нельзя. Каждый из этих двух способов разумно рассматривать в ракурсе специфики отдельно взятого двигателя.
Наддувные технологии. Семейство турбированных двигателей интересно для тюнинга своими конструктивными особенностями, серьезно упрощающими настройку мотора. В нашем случае можно получить больший момент, опять-таки не трогая ни моментную кривую, ни объем и даже не разбирая двигатель, лишь незначительно изменив величину наддува. В чем особенность конструкции наддувных двигателей? Прежде всего в особенностях управления компрессором, будь то турбина или механический компрессор. Давление наддува и первого, и второго зависит от количества оборотов двигателя. Чем больше оборотов, тем выше давление. Но увеличивать его можно только до определенной величины. За этим следит блок управления, стравливая лишнее давление. Изменив его характеристику, т.е. слегка подняв планку этого самого стравливания, мы увеличим давление, с которым топливо-воздушная смесь "забивается" в объем цилиндра. И забивает реально больший объем, нежели в случае "щадящих" параметров у серийного двигателя. Работы по увеличению давления не безболезненны — у серийных двигателей есть определенный запас по механическим и тепловым нагрузкам, по детонационной стойкости. В разумных пределах увеличить наддув возможно. Но если перешагнуть, то чтобы не сломать двигатель, придется прибегнуть к дополнительным переделкам — увеличить объем камеры сгорания, изменить систему охлаждения, установить дополнительный радиатор, воздухозаборники, промежуточный охладитель воздуха. Наверное придется чугунный коленчатый вал заменить на стальной, подобрать более прочные поршни и обеспечить им охлаждение.
Изменения в газодинамике. Суть понятна — для того чтобы получить больший момент, надо увеличить заряд топливо-воздушной смеси. Что можно сделать? Можно взять инструмент и убрать дефекты серийной сборки — сделать впускные и выпускные каналы более гладкими и ровными, ликвидировать уступы и острые углы в местах стыка деталей, убрать в камере сгорания непродуваемые зоны, заменить клапана и седла. Работы много, но гарантии нет. Почему? Аэродинамика — вещь непростая. Математически описать процессы, проистекающие в двигателе, сложно. Взять ручку, бумагу и сделать вычисления и исходя из результатов что-то подрезать, отрезать, загнуть — тяжело… Или "кинуть глазом" и сказать, где тут лишнее… Порой результат прямо противоположный ожидаемому или

www.drive2.ru

Отчего зависит крутящий момент? — DRIVE2

Что такое, крутящий момент? По простому – это усилие, которое развивает коленвал. А это усилие зависит от давления газов на поршень. Максимальное значение крутящего момента достигается при максимальном давлении газов на поршень. Посмотрим на кривую крутящего момента двигателя Magnum 318.

Как видно из графика, значение крутящего момента меняется по мере изменения оборотов коленвала. Почему же не получается достичь максимального давления на поршень во всём диапазоне оборотов? Почему значение крутящего момента сначала нарастает, а потом снижается? Всё дело в наполнении цилиндров свежим зарядом смеси. Далеко не всегда объём свежего заряда смеси соответствует объёму цилиндра. В теории ДВС принято такое понятие, как коэффициент наполнения цилиндров. Он может быть как меньше единицы, так и больше. Почему же так происходит? Основное влияние имеют фазы газораспределения (т.е. распредвал) и конфигурация впускного тракта. Например, впускной клапан на взятом для примера двигателе Magnum 318, открывается на 10° до ВМТ и закрывается на 61° после прохождения поршнем нижней мёртвой точки (НМТ). Это сделано для того, чтобы на средних оборотах (на данном двигателе при 2800 об/мин) достигалось максимальное наполнение цилиндров и, соответственно, максимальный крутящий момент. А что же происходит на оборотах меньше, чем 2800 об/мин? Возьмём, например, 1500 об/мин. Если значение крутящего момента на 2800 об/мин составляет 407 Н•м, то на 1500 об/мин его значение всего лишь порядка 260 Н•м. Это происходит потому, что моменты открытия и закрытия, как впускного, так и выпускного клапанов, а так же конфигурация впускного тракта не оптимальны для этих оборотов. Не смотря на то, что из-за меньшей скорости поршня наполнение цилиндров на 1500 об/мин лучше, чем на 2800 об/мин, закрытие впускного клапана происходит слишком поздно и часть смеси выталкивается обратно во впускной коллектор. Кроме этого, из-за позднего закрытия впускного клапана при степени сжатия 9,1/1 смесь сжимается не в 9,1 раза, а только в 7,4. Таким образом, на 1500 об/мин имеем не только меньшее количество смеси, чем позволяет объём цилиндра, но ещё и «меньшую степень сжатия», если можно так выразиться. Всё это вместе даёт меньшее давление в конце сгорания смеси и, соответственно, меньшее значение крутящего момента. С увеличением оборотов значение коэффициента наполнения цилиндров увеличивается и крутящий момент тоже увеличивается, а к 2800 об/мин достигает своего максимума. Но после этого снова начинает снижаться по той же причине – моменты открытия и закрытия клапанов не оптимальны для данных оборотов. А кроме этого увеличивается скорость поршня, что дополнительно ухудшает наполнение цилиндров. Ну и как с этим бороться? Чаще всего в погоне за показателями максимальной мощности устанавливают т.н. «злые» распредвалы, которые увеличивают наполнение цилиндров на высоких оборотах, но одновременно ухудшают его на низах. Вернее, снижение наполнения на низах происходит из-за того, что максимальный крутящий момент смещается на более высокие обороты. Т.е. на низах такой двигатель будет тянуть хуже, но зато на высоких оборотах выдаст больше мощности.
А можно ли сделать так, чтоб кривая крутящего момента не снижалась на высоких оборотах? Можно. Конечно, самое простое, это поставить нагнетатель. Что касается т.н. атмосферных двигателей, то для этого применяют изменяемые фазы газораспределения, впускные коллекторы изменяемой длины. Также можно не увеличивать объём поступившего в цилиндры воздуха, а увеличить его массу, т.е. охладить. Таким образом, объём поступившего воздуха останется прежним, а его масса увеличится. Для этого применяют т.н. «холодные» впускные коллекторы. Но основной эффект от них не в снижении температуры поступающего воздуха (это снижение очень небольшое), а в изменении впускного тракта, которое больше подходит к большим оборотам. Ну и ещё одно. Даже на атмосферных двигателях можно достичь коэффициента наполнения больше единицы, но только на достаточно высоких оборотах и в очень узком диапазоне. А на графиках крутящего момента двигателей с турбонаддувом можно видеть как кривая крутящего момента, практически, копирует кривую давления во впускном коллекторе.

www.drive2.ru


Смотрите также



© 2009-: Каталог автоинструкторов России.
Карта сайта, XML.