Мощность и крутящий момент — что это?
ЧТО ТАКОЕ ЛОШАДИНАЯ СИЛА?
— У тебя сколько сил? — такой вопрос слышал любой, кто хоть немного касался мира автомобилей. Никому даже пояснять не надо, какие силы на самом деле имеются в виду — лошадиные. Именно в них мы привыкли оценивать мощность мотора, одну из важнейших потребительских характеристик машины.
Уже и гужевого транспорта практически не осталось даже в деревнях, а эта единица измерения живёт и здравствует больше ста лет. А ведь лошадиная сила — величина, по сути, нелегальная. Она не входит в международную систему единиц (полагаю, многие со школы помнят, что называется она СИ) и потому не имеет официального статуса. Более того, Международная организация законодательной метрологии требует как можно скорее изъять лошадиную силу из обращения, а директива ЕС 80/181/EEC от 1 января 2010 прямо обязует автопроизводителей использовать традиционные «л.с.» только как вспомогательную величину для обозначения мощности.
Но не зря считается, что привычка — вторая натура. Ведь говорим же мы в обиходе «ксерокс» вместо копир и обзываем клейкую ленту «скотчем». Вот и непризнанные «л.с.» сейчас используют не только обыватели, но и едва ли не все автомобильные компании. Какое им дело до рекомендательных директив? Раз покупателю удобнее — пусть так и будет. Да что там производители — даже государство на поводу идёт. Если кто забыл, в России транспортный налог и тариф ОСАГО именно от лошадиных сил высчитываются, как и стоимость эвакуации неправильно припаркованного транспорта в Москве.
Лошадиная сила родилась в эпоху промышленной революции, когда потребовалось оценить, насколько эффективно механизмы заменяют животную тягу. По наследству от стационарных двигателей эта условная единица измерения мощности со временем перешла и на автомобили
И никто бы к этому не придирался, если не одно весомое «но». Задуманная, чтобы упростить нам жизнь, лошадиная сила на самом деле вносит путаницу. Ведь появилась она в эпоху промышленной революции как совершенно условная величина, которая не то что к автомобильному мотору, даже к лошади имеет достаточно опосредованное отношение.
Смысл этой единицы в следующем — 1 л.с. достаточно, чтобы поднять груз массой 75 кг на высоту 1 метр за 1 секунду. Фактически, это сильно усреднённый показатель производительности одной кобылы. И не более того.
Иными словами, новая единица измерения очень пригодилась промышленникам, добывавшим, к примеру, уголь из шахт, и производителям соответствующего оборудования. С её помощью было проще оценить преимущество механизмов над животной силой. А поскольку приводились станки уже паровыми, а позднее и керосиновыми двигателями, то «л.с.» перешли по наследству и к самобеглым экипажам.
Джеймс Уатт — шотландский инженер, изобретатель, учёный, живший в XVIII — начале XIX века. Именно он ввёл в обращение как «нелегальную» сейчас лошадиную силу, так и официальную единицу измерения мощности, которую назвали его именем
По иронии судьбы изобрёл лошадиную силу человек, именем которого названа официальная единица измерения мощности — Джеймс Уатт. А поскольку ватт (а точнее, применительно к могучим машинам, киловатт — кВт) к началу XIX века тоже активно входил в оборот, пришлось две величины как-то приводить друг к другу.
Вот здесь-то и возникли ключевые разногласия. Например, в России и большинстве других европейских стран приняли так называемую метрическую лошадиную силу, которая равна 735,49875 Вт или, что сейчас нам более привычно, 1 кВт = 1,36 л.с. Такие «л.с.» чаще всего обозначают PS (от немецкого Pferdestärke), но есть и другие варианты — cv, hk, pk, ks, ch… При этом в Великобритании и ряде её бывших колоний решили пойти своим путём, организовав «имперскую» систему измерений с её фунтами, футами и прочими прелестями, в которой механическая (или, по-другому, индикаторная) лошадиная сила составляла уже 745,69987158227022 Вт. А дальше — пошло-поехало. К примеру, в США придумали даже электрическую (746 Вт) и котловую (9809,5 Вт) лошадиные силы.
Вот и получается, что один и тот же автомобиль с одним и тем же двигателем в разных странах на бумаге может иметь разную мощность. Возьмём, например, популярный у нас кроссовер Kia Sportage — в России или Германии по паспорту его двухлитровый турбодизель в двух вариантах развивает 136 или 184 л.
с., а в Англии — 134 и 181 «лошадку». Хотя на самом деле отдача мотора в международных единицах составляет ровно 100 и 135 кВт — причём в любой точке земного шара. Но, согласитесь, звучит непривычно. Да и цифры уже не такие впечатляющие. Поэтому автопроизводители и не спешат переходить на официальную единицу измерения, объясняя это маркетингом и традициями. Это как же? У конкурентов будет 136 сил, а у нас всего 100 каких-то кВт? Нет, так не пойдёт…
КАК ИЗМЕРЯЮТ МОЩНОСТЬ?
Впрочем, «мощностные» хитрости игрой с единицами измерения не ограничиваются. До последнего времени её не только обозначали, но даже измеряли по-разному. В частности, в Америке долгое время (до начала 1970-х годов) автопроизводители практиковали стендовые испытания двигателей, раздетых догола — без навески вроде генератора, компрессора кондиционера, насоса системы охлаждения и с прямоточной трубой вместо многочисленных глушителей. Само собой, сбросивший оковы мотор легко выдавал процентов на 10-20 больше «л.
с.», так необходимых менеджерам по продажам. Ведь в тонкости методики испытаний мало кто из покупателей вдавался.
Другая крайность (но гораздо более приближенная к реальности) — снятие показателей прямо с колёс автомобиля, на беговых барабанах. Так поступают гоночные команды, тюнинговые мастерские и прочие коллективы, которым важно знать отдачу мотора с учётом всех возможных потерь, и трансмиссионных в том числе.
Мощность также зависит от того, как её измерять. Одно дело крутить на стенде «голый» мотор без навесного оборудования и совсем другое — снимать показания с колёс, на беговых барабанах, с учётом трансмиссионных потерь. Современные методики предлагают компромиссный вариант — стендовые испытания двигателя с необходимой для его автономной работы навеской
Но в итоге за образец в различных методиках вроде европейских ECE, DIN или американских SAE приняли компромиссный вариант. Когда двигатель устанавливают на стенде, но со всей необходимой для бесперебойного функционирования навеской, включая стандартный выпускной тракт.
Снять можно только оборудование, относящееся к другим системам машины (к примеру, компрессор пневмоподвески или насос гидроусилителя руля). То есть тестируют мотор ровно в том виде, в котором он фактически стоит под капотом автомобиля. Это позволяет исключить из финального результата «качество» трансмиссии и определить мощность на коленвале с учётом потерь на привод основных навесных агрегатов. Так, если говорить о Европе, то эту процедуру регламентирует директива 80/1269/EEC, впервые принятая ещё в 1980 году и с тех пор регулярно обновляемая.
ЧТО ТАКОЕ КРУТЯЩИЙ МОМЕНТ?
Но если мощность, как говорят в Америке, помогает автомобили продавать, то двигает их вперёд крутящий момент. Измеряют его в ньютон-метрах (Н∙м), однако у большинства водителей до сих пор нет чёткого представления об этой характеристике мотора. В лучшем случае обыватели знают одно — чем выше крутящий момент, тем лучше. Почти как с мощностью, не правда ли? Вот только чем тогда «Н∙м» отличаются от «л.
с.».?
На самом деле, это связанные величины. Более того, мощность — производная от крутящего момента и оборотов мотора. И рассматривать их по отдельности просто нельзя. Знайте — чтобы получить мощность в ваттах необходимо крутящий момент в ньютон-метрах умножить на текущее число оборотов коленвала и коэффициент 0,1047. Хотите привычные лошадиные силы? Нет проблем! Делите результат на 1000 (таким образом получатся киловатты) и умножайте на коэффициент 1,36.
Чтобы обеспечить дизелю (на фото слева) высокую степень сжатия, инженеры вынуждены делать его длинноходным (это когда ход поршня превышает диаметр цилиндра). Поэтому у таких моторов крутящий момент конструктивно получается большим, но предельное число оборотов приходится ограничивать ради повышения ресурса. Разработчикам бензиновых агрегатов, наоборот, проще получить высокую мощность — детали здесь не такие массивные, степень сжатия меньше, так что двигатель можно сделать короткоходным и высокооборотным. Впрочем, в последнее время различие между дизелями и бензиновыми агрегатами постепенно стирается — они становятся всё более похожими как по конструкции, так и по характеристикам
Выражаясь техническим языком, мощность показывает, сколько работы способен выполнить мотор за единицу времени.
А вот крутящий момент характеризует потенциал двигателя к совершению этой самой работы. Показывает сопротивление, которое он может преодолеть. Например, если машина упрётся колёсами в высокий бордюр и не сможет тронуться с места, мощность будет нулевой, так как никакой работы мотор не совершает — движения нет, но крутящий момент при этом развивается. Ведь за то мгновение, пока движок не заглохнет от натуги, в цилиндрах сгорает рабочая смесь, газы давят на поршни, а шатуны стараются привести во вращение коленвал. Иными словами, момент без мощности существовать может, а мощность без момента — нет. То есть именно «Н∙м» являются основной «продукцией» двигателя, которую он производит, превращая тепловую энергию в механическую.
Если проводить аналогии с человеком, «Н∙м» отражают его силу, а «л.с.» — выносливость. Именно поэтому тихоходные дизельные двигатели в силу своих конструктивных особенностей у нас, как правило, тяжелоатлеты — при прочих равных условиях они могут тащить на себе больше и легче преодолевают сопротивление на колёсах, пусть и не так проворно.
А вот быстроходные бензиновые моторы скорее относятся к бегунам — нагрузку держат хуже, зато перемещаются быстрее. В общем, действует простое правило рычага — выигрываем в силе, проигрываем в расстоянии или скорости. И наоборот.
Так называемая внешняя скоростная характеристика двигателя отражает зависимость мощности и крутящего момента от оборотов коленвала при полностью открытом дросселе. По идее, чем раньше наступает пик тяги и позже — мощности, тем проще мотору адаптироваться к нагрузкам, его рабочий диапазон увеличивается, что позволяет водителю или электронике реже переключать передачи и почём зря не жечь топливо. На этих графиках видно, что бензиновый двухлитровый турбомотор (справа) выигрывает по этому показателю у турбодизеля аналогичного объёма, но уступает ему в абсолютной величине крутящего момента
Как это выражается на практике? В первую очередь, надо понять, что именно кривые крутящего момента и мощности (вместе, а не по отдельности!) на так называемой внешней скоростной характеристике двигателя будут раскрывать его истинные возможности.
Чем раньше достигается пик тяги и позже пик мощности, тем лучше мотор приспособлен к своим задачам. Возьмём простой пример — автомобиль движется по ровной дороге и вдруг начинается подъём. Сопротивление на колёсах возрастает, так что при неизменной подаче топлива обороты станут падать. Но если характеристика двигателя грамотная, крутящий момент при этом наоборот начнёт расти. То есть мотор сам приспособится к увеличению нагрузки и не потребует от водителя или электроники перейти на передачу пониже. Перевал пройден, начинается спуск. Машина пошла на разгон — высокая тяга здесь уже не так важна, критичным становится другой фактор — мотор должен успевать её вырабатывать. То есть на первый план выходит мощность. Которую можно регулировать не только передаточными числами в трансмиссии, а повышением оборотов двигателя.
Здесь уместно вспомнить гоночные автомобильные или мотоциклетные моторы. В силу относительно небольших рабочих объёмов, они не могут развить рекордный крутящий момент, зато способность раскручиваться до 15 тысяч об/мин и выше позволяет им выдавать фантастическую мощность.
К примеру, если условный двигатель при 4000 об/мин обеспечивает 250 Н∙м и, соответственно, примерно 143 л.с., то при 18000 об/мин он мог бы выдать уже 640,76 л.с. Впечатляет, не правда ли? Другое дело, что «гражданскими» технологиями это не всегда получается добиться.
И, кстати, в этом плане близкую к идеальной характеристику имеют электродвигатели. Они развивают максимальные «ньютон-метры» прямо со старта, а потом кривая крутящего момента плавно падает с ростом оборотов. График мощности при этом прогрессивно возрастает.
Современные моторы «Формулы 1» имеют скромный объём 1,6 л и относительно невысокий крутящий момент. Но за счёт турбонаддува, а главное — способности раскручиваться до 15000 об/мин, выдают порядка 600 л.с. Кроме того, инженеры грамотно интегрировали в силовой агрегат электродвигатель, который в определённых режимах может добавлять ещё 160 «лошадок». Так что гибридные технологии могут работать не только на экономичность
Думаю, вы уже поняли — в характеристиках автомобиля важны не только максимальные значения мощности и крутящего момента, но и их зависимость от оборотов.
Вот почему журналисты так любят повторять слово «полка» — когда, допустим, мотор выдаёт пик тяги не в одной точке, а в диапазоне от 1500 до 4500 об/мин. Ведь если есть запас крутящего момента, мощности тоже, скорее всего, будет хватать.
Но всё же лучший показатель «качества» (назовём его так) отдачи автомобильного двигателя — его эластичность, то есть способность набирать обороты под нагрузкой. Она выражается, например, в разгоне от 60 до 100 км/ч на четвёртой передаче или с 80 до 120 км/ч на пятой — это стандартные тесты в автомобильной индустрии. И может случиться так, что какой-нибудь современный турбомотор с высокой тягой на малых оборотах и широченной полкой момента даёт ощущение отличной динамики в городе, но на трассе при обгоне окажется хуже древнего атмосферника с более выгодной характеристикой не только момента, но и мощности…
Так что пусть в последнее время разница между дизельными и бензиновыми агрегатами становится всё более расплывчатой, пусть развиваются альтернативные моторы, но извечный союз мощности, крутящего момента и оборотов двигателя останется актуальным.
Всегда.
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.
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.
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.
7.
2: Классическая механикаОбласть классической механики включает изучение тел в движении, особенно физические законы, касающиеся тел, находящихся под воздействием сил. Большинство механических аспектов проектирования роботов тесно связано с концепциями из этой области. В данном блоке описываются несколько ключевых применяемых концепций классической механики.
СКОРОСТЬ — это мера того, насколько быстро перемещается объект. Обозначает изменение положения во времени (проще говоря, какое расстояние способен преодолеть объект за заданный период времени). Данная мера представлена в единицах расстояния, взятых в единицу времени, например, в количестве миль в час или футов в секунду.
ЧАСТОТА ВРАЩЕНИЯ – Скорость может также выражаться во вращении, то есть насколько быстро объект движется по кругу. Измеряется в единицах углового перемещения во времени (то есть в градусах в секунду), или в циклах вращения в единицу времени (например, в оборотах в минуту). Когда измерения представлены в оборотах в минуту (RPM), речь идет о частоте вращения.
Есть речь идет об об/мин автомобильного двигателя, это означает, что измеряется скорость вращения двигателя.
УСКОРЕНИЕ – Изменение скорости во времени представляет собой ускорение. Чем больше ускорение, тем быстрее изменяется скорость. Если автомобиль развивает скорость от 0 до 60 миль в час за две секунды, в этом случае ускорение больше, чем когда он развивает скорость от 0 до 40 миль в час за тот же период времени. Ускорение — это мера изменения скорости. Отсутствие изменения означает отсутствие ускорения. Если объект движется с постоянной скоростью — ускорение отсутствует.
СИЛА — Ускорение является следствием воздействия сил, которые провоцируют изменение в движении, направлении или форме. Если вы нажимаете на объект, это означает, что вы прикладываете к нему силу. Робот ускоряется под воздействием силы, которую его колеса прикладывают к полу. Сила измеряется в фунтах или ньютонах.
Например, масса объекта воздействует на объект как сила вследствие гравитации (ускорение объекта в направлении центра Земли).
КРУТЯЩИЙ МОМЕНТ – Сила, направленная по кругу (вращение объекта), называется крутящим моментом. Крутящий момент — это вращающая сила. Если к объекту приложен крутящий момент, на границе первого возникает линейная сила. В примере с колесом, катящемся по земле, крутящий момент, приложенный к оси колеса, создает линейную силу на границе покрышки в точке ее контакта с поверхностью земли. Так и определяется крутящий момент — как линейная сила на границе круга. Крутящий момент определяется величиной силы, умноженной на расстояние от центра вращения (Сила х Расстояние = Крутящий момент). Крутящий момент измеряется в единицах силы, умноженной на расстояние, например, фунто-дюймах или ньютон-метрах.
В примере с колесом, катящемся по земле, если известен крутящий момент, приложенный к оси с закрепленным на ней колесом, мы можем рассчитать количество силы, прикладываемой колесом к поверхности. В этом случае, радиус колеса является расстоянием силы от центра вращения.
Сила = Крутящий момент/Радиус колеса
В примере с рукой робота, удерживающей объект, мы можем рассчитать крутящий момент, требуемый для поднятия объекта. Если объект обладает массой, равной 1 ньютону, а рука имеет длину 0,25 метра (объект располагается на расстоянии 0,25 метра от центра вращения), тогда
Крутящий момент = Сила х Расстояние = 1 ньютон х 0,25 метра = 0,25 ньютон-метров.
Это означает, что для удержания объекта в неподвижном положении, необходимо применить крутящий момент, равный 0,25 ньютон-метров. Чтобы переместить объект вверх, роботу необходимо приложить к нему крутящий момент, значение которого будет превышать 0,25 ньютон-метров, так как необходимо преодолеть силу гравитации. Чем больше крутящий момент робота, тем больше силы он прикладывает к объекту, тем больше ускорение объекта, и тем быстрее рука поднимет объект.
Пример 7.2
Пример 7.3
Для данных примеров, мы можем рассчитать крутящий момент, необходимый для подъем этих объектов.
Пример 7.2 — Крутящий момент = Сила х Расстояние = 1 ньютон х 0,125 метра = 0,125 ньютон-метров.
Для данного примера, длина рука равна половине длины руки из Примера 1, поэтому значение требуемого крутящего момента также в два раза меньше. Значение длины руки пропорционально значению требуемого крутящего момента. При равных исходных характеристиках объекта, чем короче рука, тем меньший крутящий момент необходим для подъема.
Пример 7.3 — Крутящий момент = Сила * Расстояние = 1 ньютон х 0,5 метра = 0,5 ньютон-метров.
Для данного примера, длина рука равна удвоенной длине руки из Примера 1, поэтому значение требуемого крутящего момента также в два раза больше.
Еще одна точка зрения относительно ограниченного крутящего момента в соединении руки робота заключается в следующем: более короткая рука сможет поднять объект большей массы, чем более длинная рука; однако, для первой доступная высота подъема объекта будет меньше, чем для второй.
Пример 7.
Пример 7.5
Эти примеры иллюстрируют руку робота, поднимающую объекты разной массы. Какова взаимосвязь с требуемым количеством крутящего момента?
Пример 4 — Крутящий момент = Сила х Расстояние = ½ ньютона х 0,25 метра = 0,125 ньютон-метров.
Пример 5 — Крутящий момент = Сила х Расстояние = 2 ньютона х 0,25 метра = 0,5 ньютон-метров.
Эти примеры иллюстрируют уменьшение значения требуемого крутящего момента по мере снижения массы объекта. Масса пропорциональна крутящему моменту, необходимому для ее подъема. Чем тяжелее объект, тем больше крутящий момент, требуемый для его подъема.
Проектировщики роботов должны обратить внимание на ключевые взаимосвязи между значениями крутящего момента, длины руки и массы объекта.
РАБОТА – Мера силы, приложенной на расстоянии, называется работой. Например, для удерживания объекта необходимо 10 фунтов силы. Далее, чтобы поднять этот объект на высоту 10 дюймов, требуется определенное количество работы.
МОЩНОСТЬ — Большинство людей полагает, что мощность является термином из области электрики, но мощность также относится и к механике.
Мощность — это количество работы в единицу времени. Насколько быстро кто-то может выполнить работу?
В робототехнике принято понимать мощность как ограничение, так как соревновательные робототехнические системы имеют ограничения в части выходной мощности. Если роботу требуется поднять массу в 2 ньютона (прилагая 2 ньютона силы), скорость подъема будет ограничиваться количеством выходной мощности робота. Если робот способен произвести достаточное количество мощности, он сможет быстро поднять объект. Если он способен произвести лишь малое количество энергии, подъем объекта будет производиться медленно (либо не будет производиться вообще!).
Мощность определяется как Сила, умноженная на Скорость (насколько быстро выполняется толчок при постоянной скорости), и обычно выражается в Ваттах.
Мощность [Ватты] = Сила [Ньютоны] х Скорость [Метры в секунду]
1 Ватт = 1 (Ньютон х Метр) / Секунда
Как это применяется в соревновательной робототехнике? К проектам роботов применяются определенные ограничения. Проектировщики соревновательных роботов, использующие систему проектирования VEX Robotics Design, также должны учитывать физические ограничения, связанные с применением электромоторов. Электромотор обладает ограниченной мощностью, поэтому он может производить только определенное количество работы с заданной скоростью.
Примечание: все перспективные концепции имеют базовое описание. Более глубоко обсуждать эти физические свойства учащиеся будут в процессе обучения в ВУЗах, если выберут область STEM в качестве направления обучения.
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
Крутящий момент — что это такое?
Автолюбители постоянно спорят о том, чей двигатель мощнее, но не все знают, из чего складывается этот параметр.Всем знакомый термин «лошадиная сила» был предложен изобретателем Джеймсом Уаттом в восемнадцатом веке. Идея появилась у изобретателя, пока он наблюдал за лошадью, запряженной в машину, поднимавшую уголь из шахты.
Расчеты показали, что одна лошадьспособна за минутуподнять 150 кг угля на высоту 30 метров.Н•м (Ньютон-метр) — единица измерения момента силы, входящая в международную систему единиц«СИ».
Лошадиная сила стала «несистемной» величиной для измерения мощности. Одна лошадиная сила равна 735,5 Вт (Ватт — системная единица измерения, названная в честь того же английского ученого). Впоследствии лошадиные силы стали применять для обозначения мощности двигателя автомобиля.
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.
Что такое крутящий момент?
Крутящий момент двигателя – это тяговая характеристика двигателя, которая в отличие от мощности дает весьма отдаленное представление об истинных возможностях автомобиля. Для того чтобы наиболее полно ответить на вопрос: «Крутящий момент что это?», необходимо, прежде всего, уяснить, что момент двигателя и момент на колесах автомобиля – это две большие разницы. Крутящий момент двигателя, будучи величиной, равной силе на плечо (Н*м) – сила давления сгоревших в двигателе газов через поршень и шатун на плечо кривошипа коленвала, показывает лишь потенциал мотора, а сам автомобиль, в конечном итоге, движет крутящий момент на колесах.
Для оценки реальных тягово-динамических возможностей автомобиля на основе крутящего момента двигателя, необходимо провести довольно утомительный расчет крутящего момента на колесах автомобиля. Для данного расчета также понадобятся, указанные в технических характеристиках, величины оборотов двигателя, передаточных чисел КПП и главной передачи, диаметра колес и т.д. Тогда как указанная величина мощности двигателя, не требуя дополнительных данных и расчетов, наглядно демонстрирует тягово-динамические возможности автомобиля, то есть крутящий момент на колесах.
Пример №1. Суперкар мощностью 500 сил с крутящим моментом двигателя 500 Н*м и магистральная фура-тягач с отдачей 500 сил и 2500 Н*м, на колесах, тем не менее, имеют абсолютно равный крутящий момент при движении с одинаковой скоростью на оборотах максимальной мощности: М (момент на колесах, приводящий машины в движение) = N (мощность двигателя) / n (обороты колеса, при условии, что у суперкара и фуры они одинакового диаметра).
Вывод: цифра мощности отражает тягу и динамику автомобиля, а цифра крутящего момента двигателя, не учавствующая в вычислениях, может быть любой и не имеет значения.
Пример №2. Зайдем с другой стороны. Тот же суперкар и фура с вышеуказанными характеристиками (аналоги Porsche 911 GT3 RS 4.0, Scania R500 и многие другие суперкары и грузовики), как правило, имеют максимальные обороты двигателя около 9000 и 1800 соответственно. Для того чтобы компенсировать пятикратную разницу в оборотах (иметь ту же скорость движения), на фуре придется применять в пять раз более «длинную» трансмиссию, которая, соответственно, будет передавать в 5 раз меньше момента на колеса: 2500 Н*м делим на 5 и получаем те же 500 Н*м (приведенный момент), как в суперкаре.
Вывод: мы получили то же равенство тягово-динамического потенциала машин равной мощности, что и в примере №1.
Роль мощности в крутящем моменте
Мощности и крутящему моменту уделяют много внимания, ведь именно они наглядно показывают важнейшие характеристики грузового и легкового транспорта.
Более того, эти цифры важны для определения поведения автомобиля в реальных условиях езды.
Крутящий момент — показатель работы двигателя, а мощность — основной показатель выполнения этой работы. Например, редуктор может напрямую влиять на функционирование мотора. Так, пикап для большего крутящего момента способен работать на низкой передаче, к примеру, при выполнении каких-либо задач: транспортировка очень больших и тяжелых грузов. Но если Dodge RAM 1500 или Saturn SL1 поедут на одной передаче, то грузоподъемность первого будет значительно выше по причине большего числа лошадиных сил. Получается, что чем больше производится л.с., тем больше потенциал крутящего момента.
Отметим, что это именно потенциал, который применяется в реальных условиях через трансмиссию и полуоси автомобиля. Соединение этих элементов вместе определяет, как мощность может переходить в крутящий момент.
Чтобы понять всё вышесказанное, рассмотрим отличия трактора от гоночного автомобиля.
У гоночного автомобиля л.с. много, однако крутящий момент здесь нужен для увеличения скорости через редуктор. Чтобы такая машина двигалась вперед, нужно совсем немного работы, так что основная часть мощности направлена на развитие скорости.
Что касается трактора, то у него может быть мотор с таким же объемом, который вырабатывает столько же л.с. Мощность здесь необходима для работы через редуктор. Как известно, трактор не развивает высоких скоростей, но он может легко буксировать и толкать немалые грузы. Крутящий момент и мощность двигателя тесно связаны, но они выполняют абсолютно разные функции в работе легкового и грузового транспорта.
Как повысить крутящий момент?
Дорогие и сложные способы увеличения мощности и крутящего момента
Дорогостоящие и сложные способы подразумевают внутреннее вмешательство в устройство двигателя автомобиля (технический тюнинг) и требуют значительных временных затрат на исполнение и большого опыта специалиста, осуществляющего тюнинг, а так же очень значительных финансовых вложений со стороны заказчика.
При этом разница в работе двигателя автомобиля после осуществления дорогостоящего технического тюнинга будет очень ощутимой, но и заметно скажется на его моторесурсе. В дальнейшем ремонт форсированного двигателя будет сильно бить по карману, если Вам вообще удастся найти исполнителей. К дорогостоящим способам увеличения мощности и крутящего момента двигателя относятся:
Установка наддува на атмосферный двигатель
Это самый дорогостоящий и сложный способ технического тюнинга автомобиля, включающий в себя ряд сложных мероприятий (подбор нагнеталеля, форсирование двигателя, доработка коллекторов, тестирование и т.д. и т.п.). При этом установка наддува может в огромной степени увеличить как мощность, так и крутящий момент за счет значительного увеличения поступаемого в камеру сгорания воздуха. Наддув бывает двух типов: наиболее распространенный турбонаддув (анг. «turbocharger») и механический наддув (компрессор, анг. «supercharger»).
Замена двигателя
Определенно чтобы увеличить мощность и крутящий момент таким способом требуется большой опыт исполнителя и значительные финансовые затраты как на новый мотор, так и на его установку, которая подразумевает под собой ряд мероприятий: определение подходящего двигателя для замены, доработка подкапотного пространства, подключение электрики, замена ЭБУ и прочее.
Форсирование
Подразумевает механическое вмешательство в устройство двигателя: замена определенных его элементов (например, распредвала, дроссельной заслонки или турбины) на спортивные, а так же расточка блока цилиндров, что приведет к увеличению объема мотора и соответственно к увеличению мощности и крутящего момента. Кроме того, двигатель станет намного требовательнее к обслуживанию.
Бюджетные и доступные способы увеличения мощности и крутящего момента
Так же существуют менее затратные и доступные способы, не подразумевающие технического вмешательства в устройство двигателя. Основным принципом подобных методов является устранение ограничителей в работе двигателя, предусмотренных изготовителем в целях соответствия автомобиля экологическим стандартам, а так же в целях снижения числа гарантийных обращений в сервисные центры. К доступным способам увеличения мощности относятся:
Чип-тюнинг
Программная оптимизация работы двигателя, подразумевает собой изменение установленных заводом параметров работы ЭБУ различными методами: с помощью электронных модулей или при помощи ручной корректировки («прошивки») программы блока управления. Электронные модули имеют большой ряд преимуществ перед услугой «прошивки» ЭБУ, а негативные отзывы в их сторону, как правило, не подкреплены никакими фактами. При этом новейшие электронные модули ProRacing OBD способны автоматически, автономно и безопасно увеличивать скоростные характеристики автомобилей. Чип-тюнинг — самый действенный из бюджетных способов увеличения мощности и крутящего момента и не требующий никакого технического вмешательства. Кроме того, грамотный чип-тюнинг способствует снижению расхода топлива.
Доработка или замена системы впуска воздуха
Это достигается установкой фильтра нулевого сопротивления либо полной заменой штатной системы впуска. В первом случае прирост мощности будет в пределах 2-5% за счет снижения сопротивления фильтрующего элемента входящему потоку воздуха, во втором же случае увеличение может быть весьма значительным не только за счет снижения сопротивления фильтра, но и за счет увеличения поступления холодного воздуха. Данный способ заслуживает подробного изучения и требует правильного подхода к осуществлению, иначе можно серьезно навредить двигателю либо просто не ощутить результат.
Доработка или замена системы выпуска выхлопных газов
В угоду экологии, а так же для значительного снижения исходящего шума стандартная система выхлопа в определенной мере ограничивает возможности двигателя. Определенные меры, например, замена катализатора на пламегаситель и удаление антисажевого фильтра, облегчат «выдох» двигателя и обеспечат определенное количество дополнительных лошадиных сил и ньютон-метров. Более дорогим, но и более действенным способом является полная замена штатной выхлопной системы на спортивную. Это даст не только заметную прибавку мощности и крутящему моменту, но и уровняет срок жизни выхлопной системы со сроком жизни автомобиля в целом, т.к. спортивные системы выхлопа изготавливаются из качественной нержавеющей стали.
Использование качественных расходных материалов
Иридиевые свечи зажигания
Данный способ нельзя назвать тюнингом, но это не значит, что им нужно пренебрегать. Использование качественных и дорогих расходных материалов, таких как моторное масло, фильтры, свечи зажигания, а так же топливо, самым непосредственным образом влияют как на мощность, так и на крутящий момент. Отдельным пунктом можно выделить использование дорогих иридиевых или платиновых свечей зажигания, которые очень значительно влияют на работу бензиновых двигателей и способны не только увеличить мощность и крутящий момент, но и снизить расход топлива.
Подписывайтесь на наши ленты в таких социальных сетях как, Facebook, Вконтакте, Instagram, Pinterest, Yandex Zen, Twitter и Telegram: все самые интересные автомобильные события собранные в одном месте.
КРУТЯЩИЙ МОМЕНТ или МОЩНОСТЬ двигателя
…лошадиные силы помогают заработать миллионы, а ньютонометры — выигрывают гонки!Вот уже более 100 лет двигатели внутреннего сгорания используются практически во всех областях транспорта. Они являются «сердцем» автомобиля, трактора, тепловоза, корабля, самолёта и за последние тридцать-сорок лет стали представлять собой своеобразный симбиоз последних достижений науки и техники. Для нас уже привычными стали такие термины, как МОЩНОСТЬ и КРУТЯЩИЙ МОМЕНТ, которые являются необходимым критерием оценки силовых возможностей двигателя. Но возникает вопрос — на сколько правильно каждый из нас сможет оценить потенциал двигателя, имея перед глазами лишь цифры с техническими данными автомобиля?
Уверены, что Вы не станете целиком полагаться на заверения продавца в автосалоне, что мотор приобретаемого Вами авто достаточно мощный и полностью Вас удовлетворит. Поэтому Вы приняли решение модернизировать свой двигатель и стоите перед дилеммой – провести оптимизацию для увеличения мощности или увеличить крутящий момент? Для того, чтобы потом не пожалеть о не правильном приобретении и выборе, рекомендуем ознакомиться со всем изложенным ниже.
С давних времён для строительства, перемещения грузов, а так же транспортировки людей человечество использовало всевозможные механизмы и устройства. С изобретением более чем 5 тыс. лет назад ЕГО ВЕЛИЧЕСТВА КОЛЕСА, теория механики претерпела серьёзные изменения. Изначально, роль колеса сводилась только к банальному уменьшению сопротивления (силы трения) и переводу силы трения в качение. Конечно, катить круглое гораздо приятней, чем тащить квадратное!
Но качественное изменение способа применения колеса произошло намного позднее благодаря появлению другого гениального изобретения ― ДВИГАТЕЛЯ! Отцом парового локомотива, чаще называют Джорджа Стивенсона, который построил в 1829 году свой знаменитый паровоз «Ракета». Но ещё в 1808 году англичанин Ричард Тревитик демонстрирует одно из самых революционных изобретений в истории – первый паровоз. Но к нашей всеобщей радости Тревитик сначала построил паровой автомобиль для уличного движения, а затем уж только пришел к мысли o паровозе. Таким образом, автомобиль является в некотором роде прародителем паровоза. К сожалению, судьба первооткрывателя Ричард Тревитика, как впрочем, многих инженеров, но не коммерсантов, сложилась печально. Он разорился, долго жил на чужбине, и умер в нищете. Но не будем о грустном…
Наша задача ― понять, что такое крутящий момент и мощность двигателя, и она значительно упростится, если вспомнить устройство паровоза. Кроме пассивного преобразователя трения из одного вида в другой, колесо стало выполнять еще одну задачу — создавать движущую (тяговую) силу, то есть, отталкиваясь от дороги, приводить в движение экипаж. Давление пара действует на поршень, тот, в свою очередь, давит на шатун, последний проворачивает колесо, создавая КРУТЯЩИЙ МОМЕНТ. Вращение колеса под действием крутящего момента вызывает появление пары сил. Одна из них — сила трения между рельсом и колесом — как бы отталкивается от рельса назад, а вторая — та самая искомая нами СИЛА ТЯГИ через ось колеса передается на детали рамы паровоза. На примере паровоза заметно, что чем больше давление пара, действующее на поршень, а через него — на шатун, тем большая сила тяги будет толкать его вперед. Очевидно, изменяя давление пара, диаметр колеса и положение точки крепления шатуна относительно центра колеса, можно менять силу и скорость паровоза. То же самое происходит в автомобиле.
Разница в том, что все преобразования сил осуществляются непосредственно в самом двигателе. На выходе из него мы имеем просто вращающийся вал, то есть, вместо силы, толкающей паровоз вперёд, здесь мы получаем круговое движение вала с определенным усилием ― КРУТЯЩИМ МОМЕНТОМ. А МОЩНОСТЬ, развиваемая двигателем, ― это всего лишь его способность вращаться как можно быстрее, одновременно создавая при этом на валу крутящий момент. Затем вступает в действие силовая передача автомобиля (трансмиссия), которая этот крутящий момент изменяет так, как нам нужно, и подводит к ведущим колесам. И только в контакте между колесом и дорожным покрытием крутящий момент снова «выпрямляется» и становится тяговой силой.
Очевидно, что тяговую силу предпочтительно иметь наибольшую. Это обеспечит нужную интенсивность разгона, способность преодолевать подъемы и перевозить больше людей и груза. В технической характеристике автомобиля есть такие параметры, как число оборотов двигателя при максимальной мощности и максимальном крутящем моменте и величина этой мощности и момента. Как правило, они измеряются соответственно в оборотах в минуту (мин־¹), киловаттах (кВт) и ньютонометрах (Нм). Необходимо уметь правильно понимать внешнюю скоростную характеристику двигателя. Это графическое изображение зависимости мощности и крутящего момента от оборотов коленчатого вала. Наиболее показательной является форма кривой крутящего момента, а не его величина. Чем раньше достигается максимум и чем более полого кривая падает по мере увеличения оборотов (то есть мотор имеет неизменную тягу), тем правильнее спроектирован и работает двигатель. Однако получить двигатель, обладающий достаточным запасом мощности, высокими оборотами, да еще и стабильным КРУТЯЩИМ МОМЕНТОМ в широком диапазоне оборотов, непросто. Именно на это направлены применение наддува различных систем, электронного регулирования впрыска топлива, переменные фазы газораспределения, настройка выпускной системы и ряд других мероприяти
Давайте рассмотрим пример. Вам предстоит преодолеть подъем, а увеличить скорость движения (разогнать автомобиль перед подъемом) нельзя из-за дорожной обстановки. Для сохранения темпа движения потребуется увеличить силу тяги. Тут часто возникает ситуация, которая выглядит так, добавление газа не даёт прироста силы тяги. Это вызывает снижение скорости, а значит, и оборотов двигателя, сопровождающееся дальнейшим уменьшением силы тяги на ведущих колесах.
Так что же делать? Как поддержать большую тяговую силу при малой скорости движения, если двигатель «не тянет», то есть, не обеспечивает достаточный КРУТЯЩИЙ МОМЕНТ? Вступает в действие трансмиссия. Вы вручную, или автоматическая коробка передач самостоятельно, измените передаточное число так, чтобы сила тяги и скорость движения находились в оптимальном соотношении. Но это дополнительные неудобства в управлении автомобилем. Напрашивается вывод: было бы лучше, если бы двигатель сам приспосабливался к работе в таких ситуациях. Например, вы въезжаете на подъем. Сила сопротивления движению автомобиля возрастает, скорость падает, но силу тяги можно добавить, просто сильнее нажав на педаль газа. Автомобильные инженера для оценки этого параметра используют термин «ЭЛАСТИЧНОСТЬ ДВИГАТЕЛЯ».
Под эластичностью двигателя понимается соотношение между числом оборотов максимальной мощности и оборотов максимального крутящего момента (об/мин Pmax/об/мин Mmax). Оно должно быть таковым, чтобы по отношению к оборотам максимальной мощности обороты максимального крутящего момента были как можно ниже. Это позволит снижать и увеличивать скорость только за счет работы педалью газа, не прибегая к переключению передач, а также ехать на повышенных передачах с малой скоростью. Практически оценить эластичность мотора можно путем проверки способности автомобиля разгоняться от 60 до 100 км/ч на четвёртой передаче. Чем меньше времени займет этот разгон, тем эластичнее двигатель.
В подтверждение вышеизложенного, обратимся к результатам тестов автомобилей, проведенных в Европе:
— Audi А6 (двигатель 2,0 / 170 лс при 4300 об/мин / 280 Нм при 1800 об/мин)
— BMW 523i (двигатель 2,5 / 177 лс при 5800 об/мин / 230 Нм при 3500 об/мин)
— Mercedes E200 Kompressor Classic (двигатель 1,8 / 163 лс при 5500 об/мин / 240 Нм при 3000 об/мин)
Главным образом, рассмотрим характеристики Audi и BMW. Двигатель Audi, гораздо меньшего объёма и почти такой же мощности, практически не уступает баварцу в разгоне с места, но зато в замерах на эластичность и экономичность кладёт конкурента на обе лопатки. Почему это происходит? Потому что коэффициент эластичности мотора Audi 2,39 (4300/1800) против 1,66 (5800/3500) у BMW, а поскольку вес автомобилей приблизительно равный, жеребец из Мюнхена позволяет дать завидную фору своему соотечественнику. Причём эти впечатляющие результаты достигаются на топливе АИ-95.
Итак, подведём итог!
Из двух двигателей одинакового объема и мощности, предпочтителен тот, у которого выше эластичность. При прочих равных условиях такой мотор будет меньше изнашиваться, работать с меньшим шумом и меньше расходовать топливо, а также упростит манипуляции с рычагом коробки передач. Под все эти условия попадают современные бензиновые и дизельные двигатели с наддувом. Эксплуатируя автомобиль с таким мотором, Вы получите массу приятных впечатлений!
Что такое крутящий момент и почему его показатель важнее лошадиных сил? | Об автомобилях | Авто
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.
Смотрите также:
лошадиных сил против крутящего момента: в чем разница?
Эндрю Трэхан Автомобиль и водитель
Что лучше? Вот как можно прекратить споры о ночном баре.
Йоги Берра, который никогда не останавливался на деталях двигателя, пришел бы к выводу, что крутящий момент и мощность — это одно и то же, только разные. Собственно, это упрощение отчасти верно.
Крутящий момент и мощность — это то, что двигатели производят, когда вы поворачиваете ключ и нажимаете педаль акселератора.Воздух и топливо, воспламеняющиеся в камерах сгорания, вызывают скручивание коленчатого вала, трансмиссии и ведущих мостов. Это чудо преобразования энергии: потенциальная энергия, содержащаяся в галлоне переработанного динозавра, эффективно изменилась на кинетическую энергию, необходимую для вождения.
Копнув глубже, рассмотрим эти определения из учебников:
Энергия — это способность выполнять работу. В этом случае двигатели выполняют ту тяжелую работу (работу), которую раньше выполняли лошади.
Работа является результатом силы, действующей на некотором расстоянии.Единица измерения работы (а также энергии) в США — фут-фунт. В Международной системе (СИ) работа измеряется в джоулях и, в редких случаях, в ньютон-метрах.
Крутящий момент — это сила вращения, создаваемая коленчатым валом двигателя. Чем выше крутящий момент двигатель, тем выше его способность выполнять работу. Измерение такое же, как у работы, но немного отличается. Поскольку крутящий момент является вектором (действующим в определенном направлении), он измеряется в единицах фунт-фут и ньютон-метр.
Конечно, всегда есть исключения. В этом случае различие составляет статический крутящий момент , который вы прикладываете гаечным ключом для затягивания болтов головки. Чтобы избежать путаницы, единицами измерения статического крутящего момента традиционно являются фунты-футы. Напротив, SI придерживается ньютон-метров как для статических, так и для динамических измерений крутящего момента.
Power — это то, насколько быстро выполняется работа. Шотландский изобретатель восемнадцатого века Джеймс Ватт дал нам эту удобную эквивалентность: одна лошадиная сила — это мощность, необходимая для подъема 33000 фунтов ровно на один фут за одну минуту.В соответствии с этим вкладом единицей измерения мощности в системе СИ является киловатт.
Возвращаясь к теореме Берра, крутящий момент — это способность выполнять работу, а мощность — это скорость, с которой можно выполнить некоторую трудоемкую задачу. Другими словами, мощность — это скорость выполнения работы (или приложения крутящего момента) за заданный промежуток времени. Математически мощность в лошадиных силах равна крутящему моменту, умноженному на число оборотов в минуту. H = T x об / мин / 5252, где H — мощность в лошадиных силах, T — фунт-фут, об / мин — это скорость вращения двигателя, а 5252 — постоянная, заставляющая единицы двигаться.Таким образом, для получения большей мощности двигателю необходимо генерировать больший крутящий момент, работать на более высоких оборотах или и то, и другое.
Хотя определения эскизов отлично подходят для учебников, применение их к реальным движкам — другое дело. Одна проблема заключается в том, что у каждого автомобильного двигателя есть рабочий диапазон от холостого хода до красной черты. Например, 6,2-литровый двигатель Hellcat V-8 Dodge Challenger выдает 707 лошадиных сил ТОЛЬКО при 6000 об / мин. Он выдает существенно меньшую мощность на холостом ходу (достаточную только для вращения аксессуаров с приводом от двигателя) и чуть меньше 700 лошадиных сил на красной границе 6200 об / мин.И он обеспечивает максимальный крутящий момент 650 фунт-фут ТОЛЬКО при 4000 об / мин.
Другая проблема — точное определение мощности и крутящего момента вращающегося коленчатого вала. Инструмент для этой задачи — динамометр двигателя. Хотя это слово означает «устройство измерения мощности», на практике крутящий момент и частота вращения двигателя измеряются, а его мощность рассчитывается с использованием приведенной выше формулы.
Вихретоковые динамометры используют магнитное поле для передачи крутящего момента от вращающегося коленчатого вала на опору плеча рычага против статического датчика силы (известного как датчик нагрузки), расположенного на точном расстоянии от центра кривошипа.Другой широко используемый тип динамометра — это водяной тормоз; он использует один вращающийся и один статический набор лопаток насоса для передачи крутящего момента коленчатого вала через плечо рычага на датчик нагрузки.
Совершенный двигатель развивает достаточный крутящий момент на низких оборотах и выдерживает его до минимального уровня. Величина создаваемого крутящего момента прямо пропорциональна потоку воздуха, проходящего через двигатель. Большие двигатели перекачивают больше воздуха и, следовательно, развивают больший крутящий момент. Бустеры — нагнетатели, турбокомпрессоры — доставляют дополнительный воздух, помогая маленьким двигателям работать крупными.Конечно, в камеры сгорания должно подаваться соответствующее количество топлива, но это простая часть, особенно с электронным управлением впрыском.
Чтобы восполнить легкость впрыска нужного количества топлива, конструкторы двигателей сталкиваются с несколькими сложными задачами. Один из них — сделать все компоненты достаточно прочными, чтобы выдерживать нагрузки, которым они подвергаются из-за давления сгорания и, в случае движущихся частей, их собственной инерции.Потребности в охлаждении и смазке примерно пропорциональны производимой мощности. А закачка воздуха в любой двигатель на сверхвысоких оборотах и из него — это то место, где инженерное дело становится видом искусства. Включите в уравнение разработки топливную экономичность и чистоту выхлопных газов, и станет ясно, почему мастера двигателей редко тусуются у водоохладителя.
На этом этапе обсуждения должно быть ясно, что крутящий момент и лошадиные силы подобны разлученным братьям и сестрам; они тесно связаны, но не имеют много общего.Но как насчет более серьезной моральной проблемы, стоящей перед человечеством в целом и автолюбителями в частности: что лучше?
Мы ответим, что Йоги Берра был бы признателен. В бейсболе, если крутящий момент аналогичен кетчеру, то питчер — это лошадиные силы. И то, и другое необходимо для игры в мяч, но ответственность питчера — определение скорости и траектории каждого брошенного мяча — определяет ход игры. Крутящий момент жизненно важен для работы каждого двигателя, но мощность — это то, что отличает отличный двигатель от хорошего.
Этот контент создается и поддерживается третьей стороной и импортируется на эту страницу, чтобы помочь пользователям указать свои адреса электронной почты. Вы можете найти больше информации об этом и подобном контенте на сайте piano.io.
Что такое крутящий момент в автомобилях
Крутящий момент — это крутящая сила, которая связана с силой вращения двигателя и измеряет, какая часть этой крутящей силы доступна, когда двигатель работает.
Крутящий момент присутствует в повседневных делах, таких как управление дверной ручкой, открытие бутылки с содовой, использование гаечного ключа или крушение педали велосипеда.Именно крутящий момент выполняет свою работу!
Давайте разберемся дальше. Представьте, что вы затягиваете болт гаечным ключом. Вы приложите некоторое усилие к концу гаечного ключа, которое передается на болт на другом конце. При этом к болту прилагается крутящий момент или скручивающая сила.
В то время как мощность измеряется просто в лошадиных силах, крутящий момент обычно измеряется в фунтах-футах (фунт-фут).
Вот как это работает: если мы продолжим наш пример с гаечным ключом, и вы представите, что используете специальный гаечный ключ длиной один фут для затяжки болта.Приложение силы в один фунт к концу этого гаечного ключа длиной в один фут вызывает на болт крутящий момент в один фунт-фут. Увеличить крутящий момент можно, добавив больше веса или используя более длинный гаечный ключ.
Гайки крепления колес к автомобилю обычно необходимо затягивать с крутящим моментом около 100 фунт-фут — это означает, что оператор должен приложить силу 100 фунтов к концу гаечного ключа длиной в фут.
Как работает крутящий момент в автомобилеВсе двигатели, будь то бензиновые или гибридные, вырабатывают определенную мощность и крутящий момент.Они связаны друг с другом и по-разному выражают мощность двигателя. Крутящий момент даже используется при расчете мощности двигателя. И мощность, и крутящий момент измеряются, чтобы дать покупателям представление о производительности, которую они могут ожидать от своего автомобиля.
Двигатели обычных легковых и грузовых автомобилей обычно развивают крутящий момент от 100 до 400 фунт-фут. Этот крутящий момент создается поршнями внутри двигателя, когда они совершают возвратно-поступательное движение вверх и вниз на коленчатом валу двигателя, заставляя его непрерывно вращаться (или скручиваться).Затем этот крутящий момент передается на колеса автомобиля через трансмиссию и трансмиссию.
Выходной крутящий момент является результатом многих переменных, включая размер двигателя и то, как он предназначен для работы.
Проще говоря, чем больше крутящий момент у двигателя, тем лучше он подходит для тяжелых работ, таких как буксировка, буксировка или подъем на крутые склоны. Вот почему крутящий момент часто имеет первостепенное значение при перемещении чего-то большого и тяжелого, например, грузовика с прицепом.
Крутящий момент и мощность в лошадиных силах — в чем разницаЛошадиная сила и крутящий момент — это разные способы выражения характеристик двигателя транспортного средства.
Что такое лошадиные силы? Мощность в лошадиных силах отражает общую мощность двигателя в любых условиях. И наоборот, выходной крутящий момент отражает пиковую мощность, доступную для этого двигателя в определенный момент, когда он выполняет свою самую тяжелую работу.
Для иллюстрации представим, что вы покупаете новую стереосистему.Вы можете подумать о том, насколько громко идет стерео. Максимальная громкость, возможная для длительного воспроизведения, подобна мощности двигателя: это хороший показатель того, сколько мощности у стереосистемы.
Теперь рассмотрим басы стерео. Бас — это часть впечатления от прослушивания, которая играет на максимальной громкости (лошадиных силах), хотя басы, скорее всего, будут оцениваться по пиковому уровню «удара», создаваемому на короткое время.
Таким образом, мощность в лошадиных силах похожа на громкость стереосистемы, а крутящий момент — на низкие частоты: стоит знать оба атрибута, и для определенных типов музыки (или транспортных средств) один может быть важнее другого.
Ключевые различия между мощностью в лошадиных силах и крутящим моментомлошадиных сил позволяет измерить общую производительность двигателя. Крутящий момент обеспечивает простое измерение максимальной крутящей силы, которую может создать двигатель при напряженной работе.
Вот почему у пикапов есть двигатели с высоким крутящим моментом, которые развивают больший крутящий момент, чем небольшой автомобиль.
Например, 5,7-литровый двигатель i-FORCE V8 Toyota Tundra развивает мощность 381 л.с. и весит 401 фунт.-фут крутящего момента. Такой высокий уровень крутящего момента предоставляет водителям множество возможностей для выполнения сложной работы, такой как буксировка, буксировка и подъем на крутые подъемы.
И наоборот, Toyota Corolla Hatchback поставляется с четырехцилиндровым двигателем Dynamic Force , мощностью 168 лошадиных сил и 151 фунт-фут крутящего момента. В этом автомобиле нет необходимости в высоком крутящем моменте, а экономия топлива является приоритетом, поэтому инженеры устанавливают мощность и крутящий момент, чтобы сбалансировать приятные характеристики и отличную топливную экономичность.
Наконец, рассмотрим гибридный автомобиль, в котором используется бензиновый двигатель, усиленный электродвигателем.
Электродвигатели— суперзвезды крутящего момента, поскольку они мгновенно обеспечивают полный выходной крутящий момент. Вы увидите это в следующий раз, когда воспользуетесь своим блендером: в тот момент, когда вы включите его, его электродвигатель мгновенно и без ожидания приложит максимальный крутящий момент к вращающимся лопастям.
Именно тот же мгновенный и мощный выходной крутящий момент помогает гибридным автомобилям, таким как Toyota Prius , Corolla Hybrid и RAV4 Hybrid , снижать расход топлива и улучшать характеристики.
Найдите и создайте свою следующую Toyota
Что такое крутящий момент? Все о крутящем моменте: определение, уравнения и единицы измерения
Крутящий момент — это слово, которое свободно обсуждают производители автомобилей, рекламодатели и обозреватели, и оно не менее важно, чем другие цифры в заголовках, с которыми вы столкнетесь, например, лошадиные силы. Однако реклама крутящего момента не всегда была данностью — посмотрите на рекламу автомобилей 1980-х годов, и вы обнаружите, что о ней почти никогда не упоминали.
Это в основном из-за лишнего веса новых автомобилей.Современные двигатели настолько загружены технологиями, комфортом и безопасностью, что весят намного больше, чем их аналоги десятилетней давности. Это означает, что этим автомобилям требуется больше силы или крутящего момента, чтобы заставить их двигаться.
Крутящий момент определяется как сила вращения двигателя. Вы можете заметить, что крутящий момент — как и мощность — всегда выражается при определенной частоте вращения двигателя. Например, Ford Fiesta Ecoboost развивает максимальный крутящий момент в диапазоне от 1400 до 4000 об / мин. Вообще говоря, автомобиль будет чувствовать себя более отзывчивым, когда максимальный крутящий момент будет развиваться на низком уровне в диапазоне оборотов, но многим людям нравятся высоконагруженные двигатели, которые необходимо резко увеличить, прежде чем они разовьют максимальный крутящий момент.
Крутящий момент становится более важным по мере того, как автомобили становятся больше и тяжелее. Крошечный городской автомобиль может легко путешествовать с очень небольшим крутящим моментом, в то время как большому внедорожнику или фургону требуется много усилий, чтобы заставить его двигаться. Вот почему более крупные автомобили, как правило, оснащаются дизельными двигателями — дизели обеспечивают больший крутящий момент на более низких оборотах, чем бензиновые двигатели.
Что такое крутящий момент?
Проще говоря, крутящий момент — это сила вращения двигателя. Он отличается от лошадиных сил, поскольку относится к количеству работы, которую может выполнить двигатель, в то время как лошадиные силы определяют, насколько быстро эта работа может быть выполнена.Вот почему крутящий момент в простонародье часто называют «тяговое усилие», «сила» или «ворчание».
Крутящий момент обычно измеряется в Ньютон-метрах (Нм) или фунт-фут (фунт-фут) — последнее не следует путать с фут-фунтом (фут-фунт), поскольку один фут-фунт относится не к крутящей силе, а до количества энергии, необходимого для поднятия 1 фунта веса на расстояние 1 фут.
В частности, крутящий момент фактически измеряет величину силы, необходимой для поворота объекта (например, при затягивании крышки бутылки с газированной водой, гайки колеса или болта головки блока цилиндров).Или, в случае двигателя, он измеряет, сколько крутящего усилия доступно на коленчатом валу при любых заданных оборотах двигателя (RPM).
• Автомобили Cat D и Cat C: объяснение списания страховых сумм
В автомобиле мощность — это мера того, насколько быстро двигатель может развивать тот же крутящий момент с течением времени, поэтому чем больше (обоих) у вас есть, тем быстрее ты сможешь ускориться. Одна лошадиная сила (л.с.) — это абсолютно произвольная единица, придуманная инженером Джеймсом Ваттом. Это эквивалентно тому, что одна лошадь поднимает вес 33 000 фунтов на высоту 12 дюймов за одну минуту — или 33 000 фунт-футов в минуту.Метрический эквивалент (PS) равен 4500 кгм в минуту или 0,97 л.с.
Тормозная мощность в лошадиных силах (л.
Основные уравнения крутящего момента
Допустим, мы используем гаечный ключ длиной 0,5 м для затяжки колесной гайки, и нам нужно опереться на дальний конец гаечного ключа с силой в 50 Ньютонов, чтобы затянуть гайку. Простое умножение двух чисел дает нам необходимое значение крутящего момента в Ньютон-метрах:
50 (Н) x 0.5 (м) x = 25 Нм крутящего момента
Если вы хотите сохранить старый образ, вы можете измерять расстояние в футах и силу в фунтах. На этот раз наш гаечный ключ может быть 18 дюймов (1½ фута), и мы прикладываем 20 фунтов силы на дальнем конце:
20 (фунт) x 1½ (фут) = 30 фунт-фут крутящего момента
Итак, что значит двигатель крутящий момент похож?
Если двигатель развивает крутящий момент 500 Нм, мы можем использовать аналогичную визуализацию в обратном направлении, чтобы помочь понять задействованные силы. Чтобы такой двигатель не вращался, потребуется гаечный ключ длиной один метр, прикрепленный к коленчатому валу, с приложением силы 500 Ньютон на другом конце.Поскольку один килограмм создает силу притяжения Земли примерно в 9,8 Ньютона, это означает, что вам понадобится 50-килограммовый жокей, чтобы стоять на конце. Или Аллан Макниш.
• Автосинхронизация: разрешена ли корректировка пробега?
Если это не кажется большим усилием, чтобы остановить двигатель, развивающий тяжелые 500 Нм, не забывайте, что крутящий момент на колесах значительно увеличивается за счет снижения оборотов двигателя. Значит, жокей мог заглушить двигатель, но не мог остановить машину!
Что лучше: крутящий момент или мощность?
Крутящий момент и мощность очень тесно связаны, потому что в двигателе внутреннего сгорания одно без другого не может быть.Снова дело в математике, поскольку л.с. рассчитывается следующим образом:
л.с. = крутящий момент x об / мин ÷ 5252
Это означает, что если вы сравните два двигателя с разным выходным крутящим моментом, двигатель с более высоким крутящим моментом всегда будет вырабатывать больше лошадиных сил на любом данном двигателе. скорость.
Однако многие двигатели с высоким крутящим моментом не рассчитаны на такие высокие обороты (подумайте о мощном дизеле), поэтому показатели конечной мощности часто оказываются под угрозой. Напротив, спортивный бензиновый автомобиль с высокими оборотами может быть спроектирован так, чтобы иметь более низкий крутящий момент, но его исключительная мощность на высоких оборотах двигателя позволяет ему двигаться быстрее.
• Как сдать экзамен по теории вождения
Вот почему для повседневного вождения мощность и гибкость двигателя с высоким крутящим моментом часто более полезны — и это жизненно важно, когда вам нужен автомобиль для буксировки больших прицепов или перевозки тяжелых грузов.
При обычном вождении крутящий момент часто более важен, чем мощность, поэтому мы уделяем ему так много внимания в наших обзорах автомобилей.
Можете ли вы объяснить крутящий момент не более чем 25 словами? Заходите в раздел комментариев ниже…
Крутящий момент двигателя — обзор
5 НАСТРОЙКА ИЗМЕРЕНИЙ ДВИГАТЕЛЯ И ИССЛЕДОВАННЫЕ РАБОЧИЕ ТОЧКИ
На основе спецификации серийного производства турбонагнетателя испытательного двигателя был создан прототип турбонагнетателя, включающий описанную бесконтактную систему определения крутящего момента на валу. . Стандартный серийный турбонагнетатель был заменен прототипом. Компрессор и турбина не претерпели изменений. Следовательно, что касается согласования двигателя и турбонагнетателя, двигатель может безопасно эксплуатироваться в полном рабочем диапазоне.
Кроме того, поскольку был доступен частично программируемый ЭБУ, определенными условиями рабочих точек можно было управлять независимо, например фаз газораспределения, которая использовалась для организации специальных вариаций параметров для детального исследования взаимодействия между двигателем внутреннего сгорания и системой наддува.
Для измерений крутящего момента вала турбины турбонагнетателя с временным разрешением использовалась частота регистрации более 100 кГц. С помощью DFT был исследован спектр измеряемого сигнала на предмет его ширины полосы и максимальной соответствующей частоты.Затем необработанные данные были соответствующим образом отфильтрованы и пересчитаны на угол поворота коленчатого вала (разрешение 0,1 ° CA). Этот рабочий процесс обеспечивает высокое качество данных с разрешением по углу поворота коленчатого вала и разумный конечный размер файла. Для показанных устойчивых рабочих точек примерно 200 последовательных циклов двигателя были записаны, обработаны, отфильтрованы и затем рассчитан средний цикл двигателя.
В таблице 1 дается обзор рабочих точек двигателя, представленных в этой статье. Все точки были зафиксированы при частоте вращения двигателя 1250 об / мин.Представлены четыре стационарные устойчивые рабочие точки, в которых для регулирования нагрузки двигателя изменялась только фаза кулачков впускных и выпускных клапанов, а дроссельная заслонка оставалась в условиях WOT. Нагрузка указана в процентах от полного крутящего момента двигателя серийного производства при 1250 об / мин.
Таблица 1. Рабочие точки двигателя
| № | Скорость | Педаль | Нагрузка | Cam_int | Cam_exh | Lambda | ||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| об / мин | % ° CRK | ° CRK | — | |||||||
| 116_00 | 1250 | WOT / 100% | 63.6 | 110 | — 110 | 0,99 | ||||
| 116_01 | 1250 | WOT / 100% | 78,5 | 85 | — 85 | 1 | 90_OT 100%91,6 | 82 | -80 | 1,09 |
| 116_03 | 1250 | WOT / 100% | 112,9 | 82 | — 72 9248 | насколько сильно время перекрытия клапанов влияет на крутящий момент двигателя.Любое изменение нагрузки двигателя вызывается исключительно изменением фаз впускных и выпускных клапанов и, таким образом, тесно связано с так называемым механизмом «продувки», который (в дополнение к обычному турбонаддува) усиливает двигатель. Благодаря этой хорошо известной стратегии работы ([7], [8], [9]) крутящий момент двигателя может быть увеличен почти вдвое. Даже при серийном применении крутящий момент при полной нагрузке может быть превышен, что, как считается, связано с двумя основными причинами: