Что такое крутящий момент и почему его показатель важнее лошадиных сил?
Компания Cadillac отказалась от привычной маркировки своих автомобилей и ввела классификацию двигателей не по мощности, а по крутящему моменту. Что это за характеристика и почему она так важна для мотора?
Подавляющее большинство автопроизводителей в маркировке своих двигателей использует мощность или объем камер сгорания. Обе этих характеристики уже устарели. Если 50 лет назад тяга карбюраторных моторов зависела от расточки цилиндров, то сейчас на первый план выходят новые технологии. При одинаковом объеме камер сгорания мощность вырастает в два-три раза. К примеру, сейчас небольшие 2,0-литровые рядные моторы BMW или Volvo могут иметь мощность свыше 400 лс. Тем самым, бензиновые 4-цилиндровые турбированные моторы небольшого объема сейчас располагают такой же мощностью и тягой, как 8-цилиндровые атмосферники 15-летней давности, потому как оснащены помимо ступенчатого наддува еще и сложной системой впрыска.
Но и лошадиные силы уже недостаточно адекватно описывают существующие характеристики двигателя. Автомобиль с небольшой мощностью может казаться значительно резвее и интереснее на дороге, чем другой более мощный собрат. К примеру, дизельные агрегаты намного опережают бензиновые по тяге, а значит, показывают лучшую динамику.
В общем, потребовалась иная характеристика, которая бы могла адекватно описывать возможности современного мотора. И автопроизводители видят ее в крутящем моменте.
Откуда берутся «лошадиные силы»?
Измерять мощность моторов в «лошадиных силах» предложил знаменитый английский изобретатель Джеймс Уатт в 1789 году. Во времена начала промышленной революции в Англии на рудниках, в портах и мельницах в качестве источника силы для подъемных машин использовались лошади. Их запрягали в лебедку крана и гоняли по кругу.
Запряженное в механизм животное весом около 500 кг, вышагивая по кругу и натягивая канат через систему блоков, могло обеспечить работу крана, равную подъему груза в 90 кг со скоростью 1 метр в секунду. Груз поднимали бочками или кулями весом от 140,9 до 190,9 кг каждый. Тем самым, за 8 часов работы лошадь, ковыляя вокруг лебедки со скоростью в 3 км\\ч, не утруждаясь могла перегрузить 33 000 фунтов, что равняется почти 14 тоннам. Эту работу и прописали как эталон «лошадиной силы».
Паровые машины могли совершать такую же работу гораздо быстрее, потому как имели мощность в несколько лошадиных сил. Тем самым, в определении Джеймса Уатта, мощность — это не спортивная динамика машины, не приемистость, а работа, совершенная в единицу времени.
А что же такое крутящий момент?
В двигателе внутреннего сгорания применяется тот же принцип. Только силой, толкающей поршень, является энергия взрывов смеси бензина и воздуха. Поршень аналогичен той самой уаттовской лошади. Он раскручивает коленвал, а дальше через систему валов трансмиссии передает движение на колеса. Чем быстрее он вращается, тем выше мощность и больше работы выполнит мотор.
Если силу давления поршней умножить на длину рычага кривошипа, то получим крутящий момент, от которого зависит тяга мотора. Она выражается в Ньютонметрах (1 Нм равен силе в 1 ньютон, умноженной на рычаг в 1 метр). Чем длиннее рычаги, тем больше тяги выдает мотор.
Если у мотора высокий крутящий момент, то колеса за единицу времени раскручиваются быстрее. Автомобиль приобретает больше динамики.
Ураганный разгон
Итак, крутящий момент это очень важная характеристика, от которой зависит динамика машины. Чем выше крутящий момент, тем «лошади» под капотом становятся сильнее. С помощью крутящего момента определяется так же эластичность мотора, то есть его способность обеспечивать одинаковую тягу в большом диапазоне оборотов. В особенности важно, чтобы высокий крутящий момент был доступен почти сразу после старта. Тогда будет ощущаться эмоциональное ускорение автомобиля.
Ну а лошадиные силы нужны для другого. Они выражают способность мотора автомобиля сопротивляться ветровым и прочим нагрузкам. Высокая мощность отражается в основном на максимальной скорости машины.
Вообще, «лошадиные силы» очень ненадежная характеристика, зависимая от множества факторов. Эта единица измерений давно устарела. С помощью хитрых программ управления двигателем количество «лошадиных сил» можно прибавить или уменьшить, чем и пользуются многие производители, искусственно раздувающие мощность мотора.
Поэтому количество Нм крутящего момента в маркировке моторов гораздо более информативная характеристика.
В чем разница между крутящим моментом и мощностью?
В большинстве случаев, когда рекламируют большие грузовики, говорят о впечатляющем количестве лошадиных сил и значении крутящего момента двигателя. И, как обычно, нам кажется, что чем больше эти цифры, тем лучше. Но что эти цифры означают, как связаны эти два показателя?
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.
Мощность в л. с. определяется через крутящий момент по той причине, что крутящий момент проще измерить. Крутящий момент определяется как вращающая сила, которая может вызывать или не вызывать движение. Измеряется как значение силы, умноженное на длину рычага, посредством которого осуществляется воздействие силы. Например, если на ключ длиной 1 м Вы действуете с силой 10 Н для того, чтобы затянуть болт, Вы производите крутящий момент, равный 10 Н*м.
Крутящий момент, как было сказано выше, может быть получен, не вызывая движения объекта. Однако когда происходит движение объекта, оно становится "работой", которую большинство людей подразумевают под крутящим моментом (обычно, говоря о буксировке). Чем больше крутящий момент двигателя, тем больше потенциальной работы он может совершить.
Связь между крутящим моментом и мощностью
Крутящий момент и мощность играют ключевую роль на автомобильном рынке. Цифрам уделяют большое внимание, т.к. они иллюстрируют показатели легкового или грузового автомобиля. В действительности, эти цифры играют гораздо более важную роль, чем думает большинство покупателей. Гораздо важнее, что влияние этих значений в реальных условиях езды и буксировки определяется тем, насколько конструкция автомобиля позволяет этим показателям работать вместе.
Необходимо помнить, что крутящий момент — это основной показатель работы, а мощность — показатель выполнения большей работы. Редуктор, например, может влиять на работу двигателя: Пикап может работать на пониженной передаче для увеличения крутящего момента при выполнении определенных задач, например, транспортировки очень больших грузов. Однако, если автомобили Saturn SL1 и Dodge RAM 1500 будут работать на одной передаче, грузоподъемность RAM будет выше из-за большего количества лошадиных сил. Чем больше вырабатывается лошадиных сил, тем выше потенциал крутящего момента двигателя.
Но это именно потенциал. Потенциал крутящего момента используется в реальных задачах посредством трансмиссии и осей автомобиля, а точнее полуосей. Соединение этих элементов определяет, как мощность переходит в крутящий момент.
Для понимания этого, давайте рассмотрим различия между гоночным автомобилем и трактором. Гоночный автомобиль вырабатывает огромное количество лошадиных сил, но крутящий момент используется для увеличения скорости посредством редуктора. Для движения гоночного автомобиля вперед требуется относительно немного работы, поэтому большая часть мощности идет на развитие скорости.
Трактор, с другой стороны, может иметь двигатель такого же объема, вырабатывающий такое же число лошадиных сил. Мощность используется для выполнения работы посредством редуктора. Трактор не может развить высокую скорость, однако может толкать и буксировать огромные веса.
В следующий раз, когда Вы увидите по телевизору рекламу автомобиля, подумайте о том, что значат показатели мощности и крутящего момента, о которых идет речь. Оба показателя связаны — они не могут существовать друг без друга, однако играют различную роль в работе грузового или легкового автомобиля.
Что такое крутящий момент двигателя?
Автолюбителям хорошо известно понятие как мощность двигателя и что измеряется она в «лошадиных силах» (л.с. или просто в «лошадях» и даже в «кобылах»). Отлично понимают, что 100 лошадей прекрасно подойдут для небольшого хэтчбека, но конечно будет мало для чего-то более большого и тяжелого, например, седана или внедорожника. Ну а 600 лошадей конечно многовато для любого авто.
Основной показатель двигателя, это мощность. Мощность показывает на сколько силен мотор. Но сила, а точнее запас сил двигателя напрямую зависит от оборотов. Когда обороты двигателя в 6 000 т.е. при средних, современный двигатель выдаст наибольшую мощность, но на таких оборотах мы по городу не ездим. Для городской езды вполне хватает примерно 3 000 об/мин на нашем тахометре. Выходит, если двигатель нашей машины выдает примерно 100 лошадей на предельном режиме и если мы будем двигаться в городе на средних оборотах, то будем иметь в запасе 50 лошадей.
А кто из автомобилистов знает, что за «зверь» такой крутящий момент двигателя и в чем он измеряется?
Измеряется крутящий момент двигателя в «ньютон метрах» (Нм). Сколько это 100 Нм, плохо это или хорошо, мало это или много? И как понять фразу, что у двигателя целых 200 Нм всего при 1 750 оборотах в минуту. Так что-же это за крутящий момент такой?
Допустим нам понадобилось обогнать кого-либо, 50 лошадей нам уже не хватает и нам нужны все наши 100 лошадей. Набрать недостающих «лошадок» наш мотор сможет только постепенно. C 3 000 оборотов наш мотор раскрутиться до 4 000 и «лошадок» прибавится примерно на 20 и того имеем уже 70 лошадей. Далее раскручиваемся до 5 000 оборотов и вот уже 90 лошадей. Отсюда следует, что достигнуть наших 100 лошадиных сил по паспорту нам необходимо набрать 6 000 об/мин.
В этом примере, как раз проявляет себя крутящий момент, сосредотачивающий всех «лошадей» нашего мотора в один «лошадиный табун». Скорость набора оборотов зависит прямо пропорционально от крутящего момента двигателя. Чем больше крутящий момент, тем быстрее собирается вся мощь двигателя в единый вектор силы и как следствие ускорение вашей машины значительно увеличится.
На каких оборотах двигатель развивает крутящий момент в полную силу? Предположим максимальный крутящий момент будет выдаваться при 4 000 об/мин, именно до такой величины и нужно раскрутить двигатель, чтобы достичь максимального ускорения автомобиля. А разгонятся до 4 000 об/мин мотору придется с 2 000 об/мин т.е. с оборотов, поддерживаемых при нормальном движении. На это двигателю нужно время, время которое так иногда не хватает и которое так нужно при обгоне.
Картина меняется если мотор будет выдавать максимальный крутящий момент при 2 000 об/мин. В этом случае вам достаточно просто давить на газ и автомобиль, драгоценное время не будет теряться на раскручивание двигателя и автомобиль легко наберет ускорение.
Крутящий момент также напрямую зависит от объема двигателя. Малолитражки как следствие менее тяговиты. Для примера, на Жигулях с объемом двигателя 1,5 литров или ниже мы хороший крутящий момент конечно не получим. И придется часто переключатся на низкую передачу для искусственного поддержания высоких оборотов. Иначе мотор не будет, как говорят «тянуть».
Вывод: Максимальный крутящий момент двигателя должен быть на низких оборотах. Получается, что всего при 1 750 об/мин мотор развивает максимальные 200 Нм. Акцент делается именно на малые обороты при которых и развивается такой крутящий момент. Этот параметр называется «тяговитостью» двигателя.
Всё об устройстве двигателя Вам всегда расскажут и покажут наши опытные мастера. В нашем автосервисе отличный ремонт и диагностика двигателя, по отличным ценам. Обращайтесь, звоните и записывайтесь! Будем Вам рады!
Мощность двигателя или крутящий момент? Какая характеристика важнее?
Большинство автолюбителей судят о ходовых характеристиках авто по мощности двигателя. Обычно ее измеряют в киловаттах или лошадиных силах. Чем она больше, тем солиднее. Максимальную мощность двигатель внутреннего сгорания развивает на определенных оборотах. Обычно для бензиновых автомобилей это около 6000 оборотов в минуту, для дизельных – около 4000 об./мин. Именно поэтому дизельные движки относятся к классу низкооборотных, бензиновые – высокооборотные. Однако и среди бензиновых двигателей есть низкооборотные, и наоборот – есть дизельные высокооборотные.
Часто водитель сталкивается с ситуацией, когда необходимо придать авто значительное ускорение для выполнения очередного маневра. Жмешь педалью акселератора в пол, а автомобиль практически не ускоряется. Вот тут-то и нужен мощный крутящий момент на тех оборотах, на которых работает в данный момент двигатель. Именно он характеризует приемистость автомобиля. Поэтому каждый автовладелец должен знать, на каких оборотах его авто имеет максимальный крутящий момент перед тем, как садить красивую девушку в свою машину и показывать чудеса пилотирования.
Крутящий момент двигателя, что это?
Из курса физики за 9 класс многие помнят, что крутящий момент М равен произведению силы F, прикладываемой к рычагу длиной плеча L. Формула:
Длина в системе СИ измеряется в метрах, сила – в ньютонах. Нетрудно определить, что момент измеряется в ньютон на метр.
Основная сила в двигателе внутреннего сгорания вырабатывается в камере сгорания в момент воспламенения смеси. Она приводит в действие кривошипно-шатунный механизм коленвала. Рычагом здесь является длина кривошипа, то есть, если эта длина будет больше, то и крутящий момент тоже увеличивается. Однако, увеличивать кривошипный рычаг бесконечно нельзя. Во-первых, тогда надо увеличивать рабочий ход поршня, то есть размеры движка. Во-вторых, при этом уменьшаются обороты двигателя. Двигатели с большим рычагом кривошипного механизма применяют в крупномерных плавательных средствах. В легковых авто с небольшими размерами коленвала не поэкспериментируешь.
В технических характеристиках, указанных на модель двигателя, параметр максимального крутящего момента указывается совместно с величиной оборотов (либо пределами величин оборотов), при которых такой крутящий момент может быть достигнут. Обычно считается: если максимальный крутящий момент может быть достигнут на оборотах до 4500 об./мин., то двигатель низкооборотный, более 4500 – высокооборотный.
От величины крутящего момента напрямую зависит характеристика мощности двигателя автомобиля. Почему считается, что бензиновые движки заведомо могут обеспечить большую, чем дизельные, мощность. Дело в том, что в силу конструктивных особенностей и управляемости системы зажигания бензиновые двигатели могут длительное время работать на оборотах 8000 об./мин и более. Дизельные движки достигают максимального крутящего момента на более низких оборотах. В городском ритме движения, когда нет необходимости развивать предельные обороты, дизельные авто нисколько не уступают бензиновым, наоборот, на малых и средних оборотах спокойно можно двигаться в ритме от 30 до 60 км/час, не переключая третью либо 4-ю передачу.
Пересчитать крутящий момент в мощность двигателя и наоборот можно, руководствуясь упрощенной физической формулой:
По этой формуле получится мощность Р в киловаттах. Вводить надо М – крутящий момент двигателя в ньютон на метр, n– величина оборотов двигателя. Здесь 9549 — число, которое получается после упрощения основной формулы в результате перемножения констант (ускорения свободного падения, числа Пи и т.п.).
Для перевода киловатт в лошадиные силы следует результат умножить на 1,36. В некоторых случаях в технических характеристиках указывается крутящий момент на холостых оборотах.
Зависимости мощности двигателя и крутящего момента от количества оборотов
Типовые характеристики зависимости мощности и крутящего момента от оборотов двигателя приведены на рис.1
Из графика видно, что крутящий момент стабильно увеличивается до 3000 оборотов, затем наступает относительно пологий участок. На оборотах около 4500 об/мин достигается максимум крутящего момента около 178 ньютон*метр. В то же время мощность двигателя продолжает расти до достижения оборотов около 5500 об/мин, и на этих оборотах достигает около 124 лошадиных сил. Это понятно, если обратиться к формуле, в которой видно, что мощность пропорциональна произведению крутящего момента на величину оборотов. После 5500 оборотов в минуту уменьшение крутящего момента превышает крутизну увеличения оборотов, и мощность начинает уменьшаться.
Как это объяснить физически, то есть, без формул. На малых оборотах в область сгорания поступает небольшое количество воздушно-топливной смеси в единицу времени, соответственно, крутящий момент и мощность небольшие. Увеличивая обороты, количество смеси (а вслед за ним и мощность, крутящий момент) возрастает. Достигая больших значений, мощность уменьшается по следующим причинам:
механические потери на трение механизмов;
недостаточное нагнетание воздуха (кислородное голодание).
Из соображений обеспечения максимального количества поступающего воздуха (кислорода) в камеру сгорания даже на небольших оборотах двигателя применяют системы турбонаддува с электронным регулированием. Используя такие системы можно обеспечить равномерность характеристик крутящего момента в широком диапазоне оборотов двигателя, как показано на рис.2
Уровень максимального крутящего момента около 242 ньютон на метр поддерживается в пределах от 2000 до 5000 об/мин коленвала. Это значит, что можно без волнений начинать обгон, двигаясь на относительно низких оборотах двигателя.
Высокооборотные движки позволяют максимально увеличивать мощность за счет уверенной работы на предельно высоких оборотах вплоть да 8000 об/мин, как показано на рис.3
Если вы серьезно подходите к динамическим характеристикам своего или вновь приобретаемого автомобиля, знать характеристики крутящего момента и мощности двигателя в зависимости от оборотов просто необходимо. Их можно найти, покопавшись на различных форумах, сайтах автодилеров и производителей.
Для городского ритма движения лучше подойдут низкооборотные двигатели с турбонаддувом. Если вы любите попалить резину, посоперничать на трассе, лучше выбрать автомобиль с высокооборотным бензиновым движком.
Можно ли увеличить крутящий момент двигателя
Величину необходимого крутящего момента определяют конструкторы еще на предварительном этапе конструкторской разработки двигателя внутреннего сгорания. От нее зависят и другие элементы автомобиля: подвеска, тормозная и рулевая система, аэродинамика. Поэтому, прежде чем приступить к самостоятельному форсированию двигателя, убедитесь, что ваша машина не развалится или не улетит в космос на умощненном двигателе.
Способов увеличения крутящего момента и, соответственно, мощности много:
изменение геометрических свойств поршневой группы, увеличение компрессии;
замена форсунок или инжекторов;
внесение изменений в систему воздухозабора;
чип-тюнинг путем перепрограммирования топливной карты блока управления двигателя.
Опыт показывает, что принудительное увеличение крутящего момента и мощности двигателя на 20% уменьшает ресурс его работы приблизительно в два раза. Поэтому, если вы не фанат дрэг-рейсинга, дрифтинга и красивых девушек, лучше не экспериментировать.