Крутящий момент двигателя

Говоря о самом главном автомобильном агрегате: двигателе, мощность стало принято превозносить выше других параметров. Между тем не силовые мощности являются основными характеристиками силовой установки, а явление, называемое крутящим моментом. Потенциал любого автомобильного двигателя напрямую определяется этим значением.

Понятие крутящего момента ДВС. О сложном простыми словами

Крутящий момент применительно к автомобильным двигателям есть произведение величины усилия и плеча рычага, или, проще говоря, силы давления поршня на шатун. Эта сила исчисляется в ньютон-метрах, и чем выше ее значение, тем быстрее будет автомобиль.

Кроме того, мощность двигателя, выраженная в ваттах, есть не что иное, как значение крутящего момента двигателя в ньютон-метрах, умноженное на скорость вращения коленчатого вала.

Представьте себе лошадь, тянущую тяжелые сани и застрявшую в канаве. Тянуть сани не получится, если лошадь попытается выскочить из канавы на бегу. Здесь необходимо приложить определенное усилие, которое и будет крутящим моментом (км).

Крутящий момент часто путают с частотой вращения коленчатого вала. На самом деле это два совершенно разных понятия. Возвращаясь к примеру с лошадью, застрявшей в канаве, частота шага будет представлять скорость двигателя, а сила, прилагаемая животным при движении во время шага, в этом случае представляет собой крутящий момент.

Факторы, влияющие на величину крутящих моментов

На примере лошади нетрудно догадаться, что в этом случае величина СМ будет во многом определяться мышечной массой животного. Применительно к двигателю внутреннего сгорания автомобиля эта величина зависит от объема работы силовой установки, а также от:

• уровень рабочего давления внутри баллонов;
• размер поршня;
• диаметр коленчатого вала.

Крутящий момент наиболее сильно зависит от рабочего объема и давления внутри силовой установки, и эта зависимость прямо пропорциональна. Другими словами, моторы с большим объемом и давлением соответственно имеют и большой крутящий момент.

Также наблюдается прямая зависимость между КМ и радиусом кривошипа коленчатого вала. Однако конструкция современных автомобильных двигателей такова, что не позволяет значениям крутящего момента изменяться в широких пределах, поэтому у конструкторов ДВС мало возможностей для достижения более высокого крутящего момента из-за кривизны коленчатого вала. Вместо этого разработчики обращаются к способам увеличения крутящего момента, таким как использование технологий турбонаддува, повышение степени сжатия, оптимизация процесса сгорания, использование специально разработанных впускных коллекторов и т д

Важно, что КМ увеличивается с увеличением оборотов двигателя, однако после достижения максимума в заданном диапазоне крутящий момент снижается, несмотря на непрерывное увеличение частоты вращения коленчатого вала.

Влияние крутящего момента ДВС на характеристики автомобиля

Величина крутящего момента является тем самым фактором, который напрямую задает динамику разгона автомобиля. Если вы заядлый автолюбитель, то могли заметить, что разные автомобили, но с одним и тем же силовым агрегатом, по-разному ведут себя на дороге. Или на порядок менее мощный автомобиль на дороге превосходит тот, у которого под капотом больше лошадиных сил, даже при сопоставимых размерах и весе автомобилей. Причина кроется именно в разнице крутящего момента.

Лошадиные силы можно рассматривать как показатель выносливости двигателя. Именно этот показатель определяет скоростные возможности автомобиля. Но поскольку крутящий момент – это своего рода сила, то именно от ее величины, а не от количества «лошадей» зависит, насколько быстро автомобиль сможет достичь предела максимальной скорости. По этой причине не все мощные автомобили имеют хорошую динамику разгона, а те, которые могут разгоняться быстрее других, не обязательно оснащены мощным двигателем.

Однако сам по себе высокий крутящий момент не гарантирует отличной динамики машины. Ведь, помимо прочего, динамика нарастания скорости, а также способность автомобиля быстро преодолевать подъемы участков зависят от рабочего диапазона силовой установки, передаточных чисел трансмиссии и отзывчивости акселератора. Вместе с этим следует отметить, что момент значительно снижается за счет ряда противодействующих явлений: сил качения колес и трения в различных узлах автомобиля, за счет аэродинамики и других явлений.

Крутящий момент vs мощность. Связь с динамикой автомобиля

Мощность является производной от такого явления, как крутящий момент, она выражает работу силовой установки, совершаемую в данный момент времени. А так как КМ олицетворяет непосредственную работу двигателя, то величина момента в соответствующий период времени отражается в виде мощности.

Следующая формула позволяет наглядно увидеть взаимосвязь между мощностью и КМ:

П=М*Н/9549

Где: P в формуле означает мощность, M — крутящий момент, N — число оборотов двигателя в минуту, а 9549 — коэффициент преобразования N в радианы в секунду. Результатом расчетов по этой формуле будет число в киловаттах. Когда нужно перевести результат в лошадиные силы, полученное число умножается на 1,36.

По сути, крутящий момент — это мощность на частичных скоростях, например при обгоне. Мощность увеличивается по мере увеличения крутящего момента, и чем выше этот параметр, тем больше запас кинетической энергии, тем легче автомобиль преодолевает действующие на него силы, и тем лучше его динамические характеристики.

Важно помнить, что мощность достигает максимальных значений не сразу, а постепенно. Ведь машина стартует с минимальной скорости, а потом скорость увеличивается. Именно здесь подключается сила, называемая крутящим моментом, и именно она определяет период времени, в течение которого автомобиль будет достигать максимальной мощности, или, иначе говоря, скоростную динамику.

Из этого следует, что автомобиль с более мощным силовым агрегатом, но недостаточно высоким крутящим моментом, будет уступать в разгоне модели с двигателем, который, наоборот, не может похвастаться хорошей мощностью, но превосходит конкурента в паре. Чем больше тяга, усилие передается на ведущие колеса, и чем богаче диапазон скоростей силовой установки, в котором достигается высокий КМ, тем быстрее разгоняется автомобиль.

При этом существование крутящего момента возможно без мощности, а существование мощности без крутящего момента — нет. Представьте, что наша лошадь и сани застряли в грязи. Мощность, производимая лошадью в этот момент, будет равна нулю, но крутящий момент (попытка выйти, тяга), хотя и недостаточный для движения, будет присутствовать.

Дизельный момент

Если сравнивать бензиновые силовые установки с дизельными, то отличительной чертой последних (всех без исключения) является более высокий крутящий момент при меньшей мощности.

Бензиновый двигатель внутреннего сгорания достигает своих максимальных значений КМ при трех-четырех тысячах оборотов в минуту, но затем способен быстро увеличивать мощность, совершая семь-восемь тысяч оборотов в минуту. Диапазон оборотов коленчатого вала дизеля обычно ограничивается тремя-пятью тысячами. Однако в дизельных агрегатах ход поршня больше, степень сжатия и другие удельные характеристики сгорания топлива выше, что обеспечивает не только больший относительно бензиновых агрегатов крутящий момент, но и наличие этого усилия практически с холостого хода.

По этой причине от дизелей добиваться повышенной мощности не имеет смысла — надежная и доступная тяга «снизу», высокий КПД и топливная экономичность полностью нивелируют разрыв между такими ДВС и бензиновыми двигателями, как по мощностным показателям и по скоростному потенциалу.

Особенности правильного разгона машины. Как выжать из авто максимум

В основе правильного разгона лежит умение работать с коробкой передач и следовать принципу «от максимального крутящего момента к максимальной мощности». То есть добиться наилучшей динамики разгона автомобиля можно только удерживая частоту вращения коленчатого вала в диапазоне значений, при которых КМ достигает своего максимума. Очень важно, чтобы обороты совпадали с пиком крутящего момента, но при этом должен быть запас для его увеличения. Если разгоняться до скоростей выше максимальной мощности, динамика разгона будет меньше.

Диапазон оборотов, соответствующий максимальному крутящему моменту, определяется характеристиками двигателя.

Выбор двигателя. Какой лучше — с высоким моментом или повышенной мощностью?

Если подвести последнюю черту под всем вышесказанным, то становится очевидным, что:

• крутящий момент является ключевым фактором, характеризующим возможности силовой установки;
• мощность является производной КМ и поэтому второстепенной характеристикой двигателя;
• прямую зависимость мощности от крутящего момента можно увидеть в выведенной физиками формуле Р(мощность) = М(крутящий момент)*n(частота вращения коленчатого вала в минуту).

Таким образом, при выборе между двигателем с большей мощностью, но меньшим крутящим моментом, и двигателем с большей КМ, но меньшей мощностью, будет преобладать второй вариант. Только такой двигатель позволит использовать весь потенциал, заложенный в автомобиле.

При этом нельзя забывать о взаимосвязи динамических характеристик автомобиля с такими факторами, как приемистость дроссельной заслонки и коробки передач. Лучшим вариантом будет тот, у которого не только тяговитый мотор, но и наименьшая задержка между нажатием на педаль газа и откликом двигателя, и трансмиссия с короткими передаточными числами. Наличие этих особенностей компенсирует малую мощность двигателя, заставляя автомобиль разгоняться быстрее, чем автомобиль с двигателем аналогичной конструкции, но с меньшей тягой.