Момент – не мощность
Возможности силовых агрегатов по мощности оценивали еще с того самого момента, когда появились первые самоходные механизмы. Но мощность позволяет лишь частично охарактеризовать силу тяги того или иного мотора.
Это легко заметно на ДВС одного класса. Так, на разных авто можно наблюдать, что динамические характеристики могут различаться. То есть одна машина ведет себя довольно резво уже на малых оборотах, а на другой, чтобы добиться такого же эффекта, нужно раскрутить маховик до почти максимальных оборотов.
Что такое крутящий момент двигателя автомобиля?
Если говорить по науке, то это физическая величина. Это произведение силы, которая прилагается к рычагу длиной в 1 м, и расстояния от оси, в которой вращается этот рычаг до точки, куда прилагается сила.
В школьном курсе физики эту величину называли «момент силы», а в курсах механики – «крутящий момент». Измеряется данная сила количеством Ньютонов на метр.
Крутящий момент двигателя – это такая величина, которая показывает силу тяги агрегата. Чем больше значение крутящего момента пройдет от двигателя на колеса, тем лучше и тем больший вес этот мотор может сдвинуть, и тем большее ускорение сможет развить этот автомобиль. Так, грузовые авто, тракторы, различные бульдозеры, спортивные машины очень нуждаются в моторах с высоким крутящим моментом.
Но эта сила, которая приходит с мотора к колесам, больше зависит даже не от характеристик двигателя. В большей степени зависимость здесь наблюдается от передаточных чисел трансмиссии. Так, чем выше передаточные числа, тем больший момент будет отдаваться на колеса при оборотах двигателя. Такая машина станет обладать более высокими динамическими характеристиками.
Почему значение Нм важнее мощности
Не менее значимым показателем при определении производительности силового агрегата является его мощность. Если отойти от заумных терминов и сказать простыми словами, то эта цифра демонстрирует количество законченных крутящих моментов за определенный промежуток времени. Другими словами, чем выше мощность, тем больше и максимальная скорость автомобиля. В мире данный показатель измеряется в кВт (киловаттах), у нас же привыкли ориентироваться на лошадиные силы. Для сравнения, 1 л. с. равняется 735. кВт.
Все характеристики силового агрегата, заявленные производителем, непременно пересекаются со значением крутящего момента, что еще раз подчеркивает важность параметра. На самом деле, роль мощности немножко преувеличена, она лишь производная для крутящего момента. Для того чтобы убедиться в огромной зависимости первого значения от второго достаточно применить простую формулу P (мощность)=M (крутящий момент) *n (обороты коленвала за одну минуту).
Смотрите, чтобы тронуться с места автомобиль использует лишь часть своей мощности, для достижения оптимальной ее отметки требуется определенное количество времени, многие автокомпании указывают сколько именно в характеристиках двигателя. Так вот, самое главное, насколько быстро машина достигнет порога мощности зависит уже от крутящего момента. Судите сами, какой из показателей важнее, но многие эксперты, да и ваш покорный слуга уверены, что мощность заметно уступает своему конкуренту.
Где и как рождается момент?
Для того чтобы выяснить, откуда формируется такое явление, нужно вспомнить принцип работы ДВС. Не требуется рассматривать весь процесс, рассмотрим цилиндры.
Вначале цикла в полость цилиндра впрыскивается топливо. Затем поршень поднимается вверх, а смесь воздуха и топлива сжимается. После этого в дело вступает свеча зажигания. При помощи искры смесь воспламеняется, а затем расширяется. Поршень при этом опускается вниз и заставляет вращаться коленчатый вал.
Когда водитель жмет на педаль акселератора, то объем впрыскиваемой смеси увеличивается, поршень будет двигаться быстрее. Естественно, что и коленвал станет тоже вращаться на более высоких оборотах. Так появляется крутящий момент двигателя.
Где берет свое начало
Посредством нажатия на газовую педаль, скорость движения поршня увеличивается, а соответственно и скорость коленвала, что способствует повышению оборотов и крутящего момента.
Подробнее, этот процесс представляет собой несколько этапов:
- Смешанное с воздухом, необходимым для последующего возгорания жидкости, топливо (ДТ или бензин) впрыскивается в цилиндр. Сжимая попавший внутрь объем смеси, поршень поднимается в верхнюю часть цилиндра из нижней.
- Сдавленная топливно-воздушная смесь возгорается за счет искры, подаваемой свечой, что способствует нагреванию топлива и воздуха. Поршень начинает опускаться вниз цилиндра, под воздействием расширившейся смеси от нагрева.
- Коленчатый вал приводится в движение благодаря перемещению поршня, который толкает шатун. Движение поршня (туда – обратно) равняется одному обороту коленвала вокруг себя.
- Именно так выглядит эффект крутящего момента. Чем выше сила давления на поршень газов, степень сжатия топливно-воздушной смеси, рабочий объем двигателя, тем выше крутящий момент автомобиля.
Усилие (усиление), которое развивается двигателем автомобиля называется крутящим моментом, зависящим от рабочего объема двигателя.
Мощность машины зависит от объема ее двигателя.
Мощностью двигателя называют величину, которая характеризует работу двигателя за определенное количество времени. Чем мощность больше, тем соответственно больше скорость.
Сравнивая эти два показателя, можно выделить следующие моменты:
- Мощность двигателя это производная крутящего момента.
- От частоты вращения коленвала зависит мощность двигателя.
- При выборе автомобиля стоит обращать внимание не только на мощность, но и на крутящий момент, который имеет преимущество перед этой величиной.
- От максимального значения крутящего момента зависит динамика разгона машины, а также возможность его быстрого преодоления горок.
Что зависит от величины крутящего момента?
Максимальная скорость зависит от динамических характеристик. Если двигатель выдает лучшую динамику, то максимальной скорости он сможет достигнуть быстрее. На процесс ускорения влияет в большинстве лишь мощность. Это постоянная сила, она может регулироваться оборотами. Больше обороты – больше мощность. С какой скоростью машина будет набирать обороты, зависит от количества этих самых оборотов.
А вот та скорость, с которой агрегат наберет обороты, уже полностью зависит от крутящего момента. А сам крутящий момент двигателя зависит от количества оборотов.
Формула расчета крутящего момента
Сначала посмотрим на формулу расчета мощности:
Р(мощность, кВт) = М(крутящий момент, Нм) х n (число оборотов в минуту) / 9550.
Расчет КМ выглядит следующим образом:
М(крутящий момент, Нм) = Р(мощность, кВт) x 9550 / n (число оборотов в минуту).
Дабы рассчитать нужные величины и не запутаться, достаточно воспользоваться конвертером, который доступен на многих автолюбительских сайтах.
Как считать эту величину?
В этих целях существует формула из курса физики. Это Мкр= F * L, где F – сила, с которой вращается коленчатый вал, а L – длина плеча.
Но выполнить точные расчеты по этой формуле довольно трудно. Сила вращения коленвала – штука непостоянная. Когда поршень направляется вниз, в цилиндре появляется свободное место, и сила, которая действует на поршень, теряет мощность.
Поэтому для того, чтобы рассчитать крутящий момент двигателя, формула дает лишь приблизительные значения. Момент проще определить по количеству оборотов двигателя. Но не думайте, что он будет постоянным вместе с оборотами. Эта сила склонна расти с ростом оборотов, а когда обороты достигнут пикового порога, крутящий момент спадает. Это можно легко заметить, если разогнать автомобиль.
Каждый водитель замечал, что на старте авто идет на разгон медленнее, однако через некоторое время скорость, с которой машина ускоряется, вырастает. Затем через время она снова снижается.
Доступная для понимания расшифровка
Чтобы разобраться, что такое крутящий момент двигателя автомобиля простыми словами, важно дифференцировать для себя его и обозначение мощности. В последнем случае под мощностью принято понимать работу, получаемую в минуту, что знают все из курса физики.
Силовая бензиновая или дизельная установка потребляет жидкое топливо и преобразовывает после сгорания полученную тепловую энергию в кинетический вид. Во время процесса совершается работа, в результате которой обеспечивается вращение коленчатого вала. Возникает новый показатель, характеризующий частоту вращения коленвала в единицу времени, например, обороты в минуту.
Необходимо знать, что от частоты вращения мотора зависит производимая ДВС работа, при этом зависимость прямо пропорциональная.
В случае с крутящим моментом соотношения между основными показателями процессов оказываются несколько отличными. Получаемое значение в большей степени проявляется в качестве произведения между имеющимся рычагом плеча и генерируемой мотором силой. Последняя формируется в процессе сгорания топлива и обеспечения нагрузки на рабочую часть поршня, толкающую колено вала. Силу традиционно мерят Ньютонами, а размеры принято мерить в метрах, в расчете принимает участие длина от оси до точки нагрузки на кривошипном узле коленвала, что позволяет измерять крутящий момент в «ньютоно-метрах (Н*м)».
Фактически под понятием крутящего момента понимается усилие, способное развиваться конкретным мотором. Благодаря этому удается определить тяговитость авто, способствующую быстрому набору скорости и дальнейшему движению. Рассматривая закономерность, где на графике изображена зависимость крутящего момента двигателя, необходимо отметить, что искомый параметр отвечает за «резвость» ТС и динамические характеристики. Важно отметить, что образуемая при сгорании бензина сила будет повышаться при росте объема цилиндров, соответственно этот параметр находится в прямой зависимости с КМ.
Мощность и момент
Мощность измеряют в лошадиных силах. Однако в большинстве среднестатистических авто вся мощность будет использована лишь на максимуме оборотов. В городе при 2000 об. двигатель сможет задействовать лишь половину «стада». В полную силу агрегат себя покажет лишь при обгоне на высоких оборотах. При этом чем больше растет момент, тем быстрее повышаются обороты. Здесь есть зависимость между моментом и длиной шатуна. Длиннее шатун – сильнее момент.
Когда двигатель отдает максимум мощности на 6000 об., для ускорения требуется поднять обороты с 2000 об. На это требуется определенное время, которые очень важны при выполнении обгона. В случае мотора с высоким крутящим моментом максимум мощности может появиться уже на 2000 об.
К таким моторам можно причислить большинство с невысокими объемами. Также выше, чем у бензинового, крутящий момент дизельного двигателя, причем даже при меньшей мощности и низких оборотах.
Именно те, кто владеет подобными авто, пишут на форумах, что сила – далеко не в мощности, а в моменте.
Момент в 200 Нм при низких оборотах будет значительно лучше, чем тот же момент при 4000 об. Лучший вариант – это мотор, в котором на всем диапазоне оборотов значения момента будут практическими пиковыми. Но это стоит очень дорого.
Дизель или бензин?
Зная, что такое крутящий момент двигателя, можно сравнить бензиновые ДВС и дизельные. Так, момент в ДВС на бензине невелик, а достигнуть его можно на 3000 об. Однако такие моторы легко набирают максимальные обороты.
Дизельные моторы не любят высокие обороты, зачастую там максимум – 5000 об. Но момент дизелей значительно выше, и использовать его можно даже на холостом ходу.
Например, можно взять два 2-литровых агрегата. Первый – дизель в 140 лс. и 320 Нм момента и инжекторный мотор в 150 л.с. Номинальный крутящий момент двигателя составит 200 Нм. Даже без проведения испытаний видна разница в моменте при минимальном количестве оборотов.
Если испытать оба агрегата, то дизель уже на 1-4 тыс. об. покажет мощность выше на 40 л.с. Это серьезная разница.
Не нужно доверять высокой мощности. Момент также важен при выборе автомобиля. Высокий крутящий момент – это высокие динамические характеристики. Также высокий момент на низких оборотах экономит топливо.
К примеру, крутящий момент двигателей ВАЗа достигается уже на средних оборотах, и позволяет этим автомобилям уверенно чувствовать себя в условиях города.
Как измеряется крутящий момент?
Для этого достаточно взглянуть на техническую документацию своего авто. Но реальные измерения также доступны: необходимо использовать специальные датчики. Они позволят провести статические и динамические измерения.
Измерение заключается в создании ситуации, где двигатель набирает максимальные обороты, затем тормозится: в процессе создается график, демонстрирующий максимальный момент мотора в момент нажатия на тормоз. Сначала показатель будет небольшим, затем будет наблюдаться рост, достижение пика и падение.
СТО должны оснащаться профессиональными тензометрами: все измерения обрабатывает специальное ПО, а результаты отображаются в виде графиков. Основная сложность в измерении КМ – достичь высокой точности показаний. Устаревшие контактные, светотехнические или индукционные тензометры не обеспечивали должной эффективности, поэтому в настоящий момент используются измерители в виде компактного передатчика, закрепляемого на вал: он передает данные на прибор-приемник, предоставляющий данные, не нуждающиеся в обработке.
Как увеличить момент?
Если нужно улучшить динамику автомобиля, можно применить несколько способов. Это увеличение объема, установка наддува, а также изменения газодинамики.
Рабочий объем мотора можно увеличить заменой коленчатого вала с большим эксцентриком либо при помощи расточки цилиндров. Замена коленвала зачастую требует определенных затрат, и нужную модель очень трудно подобрать.
Гораздо выгоднее расточить цилиндры. Стенки вполне допускают такое мероприятие. При этом можно даже обойтись серийными поршнями. Однако не факт, что такая замена обойдется дешевле, нежели замена коленчатого вала.
Дополнительный наддув можно применить лишь там, где уже стоит турбина. Этот способ требует дополнительных изменений. Изменить наддув можно поднятием планки для стравливания давления. Также вместе с этим придется дополнительно усовершенствовать камеры сгорания, менять систему охлаждения, радиаторы, воздухозаборники.
Можно обойтись и менее радикальным чип-тюнингом. Так, при помощи перепрошивки электронного блока вполне реально легко и просто изменить множество важных параметров и характеристик автомобиля.
Электродвигатели
Мы живем в современном мире и все чаще наблюдаем рождение новых технологий. Так, все, кто интересуется автомобилями, знают компанию Tesla, которая выпускает электрокары. Фото их последней модели представлено ниже.
В качестве мотора там используется асинхронный электрический. А крутящий момент асинхронного двигателя в зависимости от модели составляет от 420 Нм до 600. Это огромные цифры. С такими техническими характеристиками имеющийся мотор может разогнать автомобиль до 100 километров в час за 6,5 секунды при минимальной комплектации.
Что подразумевают под этим определением
Не стоит пугаться, ведь за то, что вы не знаете, что это такое, никто не отберет вашу машину и права. На первый взгляд покажется, что все это относится к дрифту, однако на самом деле, крутящий момент лишь то, без чего дрифт не возможен, но появление дрифта к этому отношения не имеет.
Рассмотрим интересный пример. В паспорте автомобиля указано, что он может двигаться со скоростью 120 километров в час. Вы без особого труда разгоняетесь до 90, и дальше машина очень туго набирает скорость. Если обратить пристальное внимание на спидометр и тахометр, то можно заметить одну интересную особенность, что мотор работает наиболее эффективно только в определенном диапазоне оборотов. К примеру, российские «Жигули» выдают максимальную производительность только при 3000-3500 об/мин. Другой пример, когда автомобиль выдает 6000 об/мин, он конечно будет развивать очень большую скорость, но, к сожалению, набирать он ее будет очень долго. Особенно это плохо для тех, кто стоит в пробке, так как автомобиль движется очень и очень «туго».
Вот тут и имеет решающее значение данный параметр двигателя. Он измеряется в ньютонах на метрах. Чем выше этот параметр, тем быстрее разгоняется автомобиль и набирает максимальную скорость. Однако ущерб в этом случае – сама скорость, которая очень сильно ограниченна.
Таким образом, как только обороты достигнут этого самого наиболее максимального значения, автомобиль будет двигаться намного быстрее и разгоняться за меньший промежуток времени. Все это зависит от самого мотора, а точнее, от таких важных параметров, как рабочий объем ну или наличия специальных турбокомпрессоров. Именно от этого всего зависит показатель мощности.
Однако не стоит зацикливаться только на этом параметре. Дело в том, что если устроить заезд двум автомобилям, с одинаковым объемом, весом и крутящим моментом, то вероятно, что к финишу первым придет только один. Дело тут не в водителе, а в эластичности самого двигателя. Эластичностью называют соотношение мощности, оборотов и крутящего момента. Очень важно для быстрой езды, чтобы последний показатель был выше всех. Таким образом, мотор будет более широко реагировать на нажатие педали газа, причем, переключать передачи потребуется необязательно. Любой мотор, который обладает подобными параметрами, определенно, сделает владельца автомобиля объектом зависти, потому что только он будет получать истинное удовольствие от вождения машины.
Конечно, бензиновые двигатели намного опережают дизель в этом отношении. Ведь для таких моторов характерно получение максимального значения этой величины при 3000 об/мин, а для дизельного двигателя этот момент начинается только после 4000.
Как видите, понять этот термин было совсем не сложно и он далеко не последний. Разобравшись в этом, можно легко разобраться в тонкостях этих величин и получать от своего мотора максимум производительности. Желаем вам удачи на дорогах!
Подводя итог
Итак, мы знаем, что такое крутящий момент двигателя внутреннего сгорания. Если мощность агрегатов помогает увеличить продажи автомобилей, то момент помогает машине двигаться вперед.
Но мощность и сила момента связаны. Мощность – это объем работы, а момент – это возможность двигателя такую работу выполнить. Это сопротивление, которое нужно преодолеть агрегату.
Вот что такое крутящий момент на самом деле. Это важная характеристика в паре с мощностью.
