Мощность зависит от крутящего момента.
В автомобильном мире постоянно сравнивают автомобили друг с другом. В первую очередь это делается с помощью официальных технических характеристик, где, как правило, эксперты, сравнивают мощность автомобиля, выраженную в лошадиных силах, и максимальный крутящий момент, выражаемый в Ньютон-метрах. Но что такое лошадиная сила и крутящий момент? Как эти технические характеристики связаны друг с другом? Вот интересное и простое объяснение.
Известный в англоязычном Интернете видеоблогер снял очередной ролик, в котором простым языком наглядно объяснил разницу между крутящим моментом и мощностью в лошадиных силах.
Крутящий момент – это просто сила, которая воздействует на что-то издалека. Например, в двигателе крутящий момент – это та сила, с которой поршень давит на шатун, передающий эту силу коленвалу. Коленвал же преобразует возвратно-поступательное движение поршней в крутящий момент.
Лошадиная сила представляет собой крутящий момент, умноженный на количество оборотов двигателя в минуту. Обычно в этом случае вычисляют мощность в киловаттах. Чтобы перевести киловатты в лошадиные силы, нужно умножить количество киловатт на 1,36. Вот формула:
P = (Mкр * N : 9549) * 1,36
Р – Мощность в киловаттах
Мкр – крутящий момент в ньютон-метрах (Нм)
9549 – поправочный коэффициент для удобства подсчетов, чтобы не вдаваться в тяжелые вычисления математических функций таких как косинус-альфа.
1,36 – коэффициент необходимый для перевода киловатт в лошадиные силы.
То есть получается, что лошадиная сила показывает, насколько быстро двигатель может выполнить работу за определенное количество времени. Соответственно, крутящий момент и мощность неразрывно связаны друг с другом. В итоге получается, что мощность показывает, сколько двигатель за единицу времени создает крутящих моментов.
Так что когда дело доходит до измерения максимальной скорости автомобиля или его динамики разгона с 0-100, 0-200 км/ч и т. п., то в первую очередь вы должны смотреть на количество лошадиных сил, так как именно мощность напрямую влияет на производительность автомобиля за конкретный промежуток. Ведь именно мощность показывает, сколько тот или иной двигатель может выполнить работы за определенный период времени.
Но это простое объяснение в двух словах. Также вы можете прочитать еще несколько наших материалов по этой теме:
В том числе советуем посмотреть очередной видеоролик блогера Джейсона Фэнске, который в традиционной для себя манере простым языком объясняет сложные вещи. Правда, англоязычный ролик не имеет профессионального перевода на русский язык.
Поэтому для тех, кто не знает английский язык, придется включить субтитры и их машинный перевод на русский язык. К сожалению, перевод, естественно, получается корявый, но тем не менее дает понять многие вещи, которые происходят внутри двигателя.
Крутящий момент – качественный показатель, характеризующий силу вращения коленчатого вала автомобиля.
Его измерение производится в ньютон-метрах (н*м). От показателя КМ зависят тяговые характеристики ДВС и динамика разгона транспортного средства.
Важно: ошибкой было бы называть крутящий момент вращающим, как это делают некоторые источники в Сети. Термин «крутящий» подразумевает внутреннюю силу, приводящую к вращению. Под словом «вращающий» подразумевается наружная сила. Так, крутящей является сила, приводящая в движение коленчатый вал. Вращающей – сила пальцев, в которых крутят карандаш.
Если простым языком отвечать на вопрос, что такое крутящий момент двигателя, то можно сказать, что КМ – сила, с которой агрегат крутит выходной вал. Например, при КМ, равном 130 Н*м и длине выходного вала 1 метр на его конец можно повесить груз весом 13 кг. При этом мотор должен провернуть вал.
Непосредственное отношение к понятию КМ имеет показатель мощности. Мощность и крутящий момент неразрывно связаны, так как одно вытекает из другого. График КМ растет только совместно с графиком мощности.
Мощность определяется количеством работы, которую мотор способен выполнять за единицу времени. Измеряется в лошадиных силах или киловаттах. При этом первая единица измерения является неофициальной, но более популярной. Вторая – официальной, но используемой только в документах.
Показатель КМ двигателя автомобиля напрямую зависит от:
- Силы давления газов на поршень;
- Рабочего объема цилиндров;
- Степени сжатия топливовоздушной смеси в цилиндрах.
Мощность двигателя определяется по формуле P=M*N, где P это мощность, М – крутящий момент, N – обороты двигателя. Соответственно, расчитать КМ можно по формуле M = P/N.
При проведении подсчетов необходимо использовать официальные единицы измерения, зарегистрированные в СИ (Н*м, ватты, радианы в секунду). Реальное измерение крутящего момента производится на специальном стенде в лабораторных условиях.
Передача КМ к ведущим колесам
Появления КМ в результате сгорания топлива недостаточно для начала движения. Момент должен быть передан к ведущим колесам транспортного средства.
Передача выработанного крутящего момента осуществляется посредством трансмиссии – коробки передач, валов, ШРУСов, заднего редуктора, раздаточной коробки. Наличие тех или иных элементов трансмиссии зависит от типа привода автомобиля.
" alt="">
В процессе движения водитель имеет возможность изменять КМ, передаваемый от двигателя к колесам. Чтобы добиться этого, необходимо увеличивать или уменьшать количество оборотов силового агрегата. Подобные манипуляции без потерь в скорости движения совершаются с помощью коробки передач.
Важно: коробка переключения передач – устройство, предназначенное для изменения частоты вращения и КМ на двигателях, не обладающих достаточной приспособляемостью. Сегодня в автомобильной промышленности применяются механические, гидромеханические, электромеханические и автоматические КПП.
В процессе передачи крутящего момента его показатель может уменьшаться вследствие механических потерь. Передающееся усилие ослабевает по причине трения элементов мотора и трансмиссии друг об друга, сопротивления материалов, из которых изготовлены детали автомобиля и других факторов воздействия.
Максимальный и номинальный КМ
В механике существует понятие о максимальном и номинальном КМ.
Максимальный крутящий момент – самый большой показатель КМ, который двигатель может развить.
Известно, что момент не является постоянной величиной. Его показатель растет совместно с ростом оборотов.
Однако на определенном этапе поток воздуха, поступающий в цилиндры, начинает оказывать столь высокое сопротивление, что разрежения, создаваемого поршнем, становится недостаточно для всасывания достаточного количества топливовоздушной смеси. При этом ухудшается вентиляция цилиндров, и рост к/м прекращается.
На автомобилях ВАЗ-2110 с мотором 21114 максимальный показатель КМ достигается на 3 тысячах оборотов в минуту. Дальнейшее увеличение частоты работы силового агрегата приводит к росту мощности. При этом крутящий момент снижается.
На что влияет подобное явление? Автомобиль, работающий в мощностном режиме, способен легко преодолевать подъемы, тащить тяжелый прицеп, другой автомобиль. При этом динамика разгона даже не загруженного ТС будет существенно снижена.
Номинальный крутящий момент – показатель КМ, который двигатель выдает без дополнительной нагрузки, работая в нормальном режиме.
Как увеличить КМ
" alt="">
Как увеличить крутящий момент двигателя? Увеличение КМ осуществляется практически аналогично увеличению такого показателя, как мощность двигателя. Для этого необходимо произвести доработку самого мотора или его агрегатов.
- Замена распределительных валов, системы выпуска, фильтров на высокопроизводительные аналоги;
- Повышение пропускных возможностей впускного клапана или турбирование. Это дает возможность улучшить вентиляцию цилиндров;
- Коррекция фаз газораспределения с увеличением времени открытия впускных клапанов;
- Увеличение степени сжатия. Данный способ позволяет значительно повысить КМ, однако сопровождается существенными техническими трудностями.
- Замена поршней более легкими аналогами. Двигателю будет легче крутиться. Соответственно, динамика разгона вырастет.
Увеличения динамики разгона можно добиться и путем коррекции механизма передачи крутящего момента к ведущим колесам. Для этого необходимо установить в коробку передач шестерни с большим передаточным числом. Следует помнить, что увеличение КМ будет означать снижение максимальной скорости авто.
Увеличения динамики разгона можно добиться и с помощью чип-тюнинга. При этом заводская программа с блока управления двигателем заменяется на альтернативную, изменяющую параметры работы силового агрегата в ту или иную сторону.
Большинство автовладельцев и водителей оценивают ходовые качества своих автотранспортных средств мощностью двигателя. В процессе эксплуатации транспортных средств часто возникают ситуации необходимости намеренного обгона сопутствующих машин в процессе движения. Находясь в определенном ритме движения, водитель «давит» на педаль акселератора и не получает желаемого ускорения обгона. В этом случае более информативной характеристикой приемистости двигателя является крутящий момент на определенных оборотах двигателя.
Максимальная мощность, указываемая в технических характеристиках двигателя, приводится на соответствующих оборотах. Для бензиновых ДВС обычно эта величина соответствует 5000 – 6000 оборотов в минуту, дизельных – приблизительно 3500 – 4500 об/мин. Поэтому считается, что все бензиновые движки являются высокооборотными, дизельные – низкооборотными. Это не всегда так.
Каждый автовладелец, особенно тот, который желает показать мастерство пилотирования симпатичным девушкам, должен знать характеристики крутящего момента своего авто.
Определение крутящего момента двигателя
Крутящий М момент силы согласно определению равен произведению F силы, действующей на рычаг L длиной. Формула, известная многим из школьного курса физики, представляет:
М=F*L
Если переводить входные величины в единую систему измерений, сила F измеряется в ньютонах, длина (в СИ) в метрах, М будет измеряться в ньютон на метр.
Сила, образуемая при воспламенении воздушно-топливной смеси, приводит в действие кривошипно-шатунный механизм. Чем больше рычаг, то есть разность расстояний от центра воздействия до места его осуществления, тем выше крутящий момент. Теоретически крутящий момент возможно пропорционально длине рычага увеличить. Но при этом уменьшится частота вращения двигателя, и увеличатся размеры механизма коленвала. В судах морских плаваний такие изменения несущественны, но автомобиль требует минимизации размеров всех комплектующих.
Крутящий момент ДВС определяет его мощность. Упрощенная формула для пересчета момента в параметр мощности имеет вид:
Р=М*n / 9549, где М – крутящий момента (в Н*м) на оборотах n (в об/мин). Р – мощность в киловаттах. 9549 – округленное число, полученное в результате сокращения констант.
Для пересчета мощности в более привычные для автолюбителей л.с. результат требуется умножить на 1,36.
Таким образом, мощность прямо пропорциональна количеству оборотов. В силу особенности конструкции бензиновые двигатели эффективно работают на оборотах до 8000 об/мин и выше. Таким образом, высокооборотные движки могут развить достаточно высокую мощность. У дизельных движков максимальная характеристика крутящего момента приходится на оборотах порядка 3500 – 4500 об/минуту. Обычно на таких оборотах происходит крейсерское движение автомобиля в городском ритме. Поэтому совершать маневры обгона и перестроения, резко увеличивая скорость на невысоких оборотах, на автомобилях с дизельными ДВС легче.
Характеристики момента приводятся в технических параметрах транспортного средства только вместе с величиной оборотов, для которых они измерены. В некоторых справочных данных автопроизводители указывают крутящий момент двигателя на холостых оборотах.
Наиболее полную картину ходовых параметров двигателя дают зависимости крутящего момента.
Зависимость мощности и крутящего момента двигателя
Крутящий момент по мере увеличения оборотов двигателя постепенно возрастает, при оборотах около 2800 немного стабилизируется, достигая своего максимума приблизительно 178 н*метр при 4500 об/мин. Мощность двигателя по мере увеличения оборотов продолжает возрастать, что согласуется с приведенной выше формулой. Однако после достижения величины оборотов 5400 об/мин, крутящий момент снижается с большей скоростью, чем растут обороты, и мощность уменьшается.
Это соответствует физической интерпретации процессов в двигателе. На малых оборотах в двигатель поступает мало топлива и воздуха, мощность невысокая. По мере увеличения оборотов сгорает больше топлива, вырабатывается больше энергии. При дальнейшем увеличении количества оборотов двигателя мощность начинает снижаться по причинам:
- увеличение потерь на процессы трения;
- кислородное голодание;
- инерционные и другие механические потери;
- тепловые потери.
Конструкторы ДВС стремятся расширить диапазон стабильного участка характеристики зависимости крутящего момента. В качестве одного из широко распространенных конструктивных решений применяются системы интеллектуального турбонаддува. Они позволяют избежать ситуации кислородного голодания на различных оборотах.
Крутящий момент относительно стабилен при оборотах двигателя от 2500 до 5500 об/мин. Водители могут смело начинать процесс обгона даже на малых оборотах.
Высокооборотные двигатели имеют стабильный момент до 6500 – 7500 об/мин. Это позволяет развить максимальную мощность на оборотах около 7500 об/мин, как приведено на рисунке 3.
Если вы подходите к покупке автомобиля серьезно, желательно покопаться в справочниках, на форумах, ознакомиться с дилерской информацией, погуглить, и найти зависимости крутящего момента и мощности. Тогда вы с научной точки зрения будете судить о ходовых параметрах автомобиля.
Выбирая автомобиль для эксплуатации в городских условиях, целесообразно приобрести дизельный авто, если вы любитель погонять с ветерком на автобанах, подойдет высокооборотный бензиновый двигатель.
Как увеличить крутящий момент
Характеристики крутящего момента двигателя формируются еще на этапе конструкторской разработки конкретной модели движка. Они также учитываются при расчетах тормозной системы, КПП, подвески и других систем. Самостоятельное увеличение крутящего момента двигателя может привести к преждевременному износу деталей авто.
Существует несколько способов повышения крутящего момента:
- форсирование двигателя изменением параметров поршневой группы;
- внесение изменений в топливную систему;
- увеличение производительности воздухозабора;
- чип-тюнинг.
Многие участники различных любительских автосостязаний используют комплексное форсирование двигателя. Однако следует помнить, что увеличение мощности и крутящего момента двигателя на четверть, уменьшает его ресурс вдвое.
