Что такое максимальный крутящий момент двигателя?

Крутящий момент, что это и зачем он нужен?

Каждый двигатель внутреннего сгорания рассчитан на определенную максимальную мощность, которую он может выдавать при наборе определенного количества оборотов коленчатого вала. Однако помимо максимальной мощности существует еще и такая величина в характеристике двигателя, как максимальный крутящий момент, достигаемый на оборотах отличных от оборотов максимальной мощности.

Что же означает понятие крутящий момент?

Говоря научным языком, крутящий момент равен произведению силы на плечо ее применения и измеряется в ньютон — метрах. Значит если к гаечному ключу длиной 1 метр (плечо), приложить силу в 1 Ньютон (перпендикулярно на конце ключа), то мы получим крутящий момент равный 1 Нм.

Для наглядности. Если гайка затянута с усилием 3 кгс, то для ее откручивания придется к ключу с длиной плеча в 1 метр приложить усилие 3 кг. Однако, если на ключ длиной 1 метр надеть дополнительно 2-х метровый отрезок трубы, увеличив тем самым рычаг до 3 метров, то тогда для отворачивания этой гайки потребуется лишь усилие в 1 кг. Так поступают многие автолюбители при откручивании колесных болтов: либо добавляют отрезок трубы, а за неимением такового просто надавливают на ключ ногой, увеличив тем самым силу приложения к баллонному ключу.

Так же если на рычаг метровой длины повесить груз равный 10 кг, то появится крутящий момент равный 10 кгм. В системе СИ это значение (перемножается на ускорение свободного падения — 9,81 м/см2) будет соответствовать 98,1 Нм.

Результат всегда един — крутящий момент, это произведение силы на длину рычага, стало быть, нужен либо длиннее рычаг, либо большее количество прикладываемой силы.

Все это хорошо, но для чего нужен крутящий момент в автомобиле и как его величина влияет на его поведение на дороге?

Мощность двигателя лишь косвенно отражает тяговые возможности мотора, и ее максимальное значение проявляется, как правило, на максимальных оборотах двигателя. В реальной жизни в таких режимах практически никто не ездит, а вот ускорение двигателю требуется всегда и желательно с момента нажатия на педаль газа. На практике одни автомобили уже с низких оборотов (с низов) ведут себя достаточно резво, другие напротив предпочитают лишь высокие обороты, а на низах показывают вялую динамику.

Так у многих возникает масса вопросов, когда они с авто с бензиновым мотором мощностью 105-120 л.с. пересаживаются на 70-80 – сильный дизель, то последний с легкостью обходит машину с бензиновым мотором. Как такое может быть?

Связано это с величиной тяги на ведущих колесах, которая различна для этих двух автомобилей. Величина тяги напрямую зависит от произведения таких показателей как, величины крутящего момента, передаточного числа трансмиссии, ее КПД и радиуса качения колеса.

Как создается крутящий момент в двигателе

В двигателе нет метровых рычагов и грузов, и их заменяет кривошипно-шатунный механизм с поршнями. Крутящий момент в двигателе образуется за счет сгорания топливо — воздушной смеси, которая расширяясь в объеме с усилием толкает поршень вниз. Поршень в свою очередь через шатун передает давление на шейку коленчатого вала. В характеристике двигателя нет значения плеча, но есть величина хода поршня (двойное значение радиуса кривошипа коленвала).

Для любого мотора крутящий момент рассчитывается следующим образом. Когда поршень с усилием 200 кг двигает шатун на плечо 5 см, появляется крутящий момент 10 кГс или 98,1Нм. В данном случает для увеличения крутящего момента нужно либо увеличить радиус кривошипа, или же увеличить давление расширяющихся газов на поршень.

До определенной величины можно увеличить радиус кривошипа, но будут расти и размеры блока цилиндров как в ширину, так и в высоту и увеличивать радиус до бесконечности невозможно. Да и конструкцию двигателя придется значительно упрочнять, так как будут нарастать силы инерции и другие отрицательные факторы. Следовательно, у разработчиков моторов остался второй вариант – нарастить силу, с которой поршень передает усилие для прокручивания коленвала. Для этих целей в камере сгорания нужно сжечь больше горючей смеси и к тому же более качественно. Для этого меняют величину и конфигурацию камеры сгорания, делают «вытеснители» на головках поршней и повышают степень сжатия.

Однако максимальный крутящий момент доступен не на всех оборотах мотора и у различных двигателей пик момента достигается на различных режимах. Одни моторы выдают его в диапазоне 1800- 3000 об/мин, другие на 3000-4500 об/мин. Это зависит от конструкции впускного коллектора и фаз газораспределения, когда эффективное наполнение цилиндров рабочей смесью происходит при определенных оборотах.

Наиболее простое решение для увеличения крутящего момента, а следовательно и тяги, это применение турбо или механического наддува, либо применение их в комплексе. Тогда кртящий момент можно уже использовать с 800-1000 об/мин, т.е. практически сразу при нажатие на педаль акселератора. К тому же это закрывает такую проблему, как провалы при наборе скорости, так как величина крутящего момента становится практически одинакова во всем диапазоне оборотов двигателя. Достигается это различными путями:, увеличивают количество клапанов на цилиндр, делают управляемыми фазы газораспределения для оптимизации сгорания топлива, повышают степень сжатия, применяют выпускной коллектор по формуле 1-4 -2-3, в турбинах применяют крыльчатки с изменяемым и регулируемым углом атаки лопаток и т.д.

Что важнее для разгона – мощность или крутящий момент

Этот вопрос – одна из главных тем «холиваров» на автомобильных форумах. Оппоненты готовы порвать друг друга, приводя десятки аргументов. А ведь все просто: мощность — это и есть момент! Как так? Сейчас объясним.

В детстве многие люди постарше собирали фантики «Турбо», на них почти обязательно указывались мощность и максимальная скорость машины. Чем больше цифры, тем больше почтения модели авто. Похоже, так и продолжается до сих пор — лишние несколько лошадиных сил часто становятся решающим аргументом «за» или «против» какой-либо машины.

Но вот уже слышны голоса познавших дизельный Дзен о том, что важен только Крутящий Момент, да и подозрительно хорошая динамика более слабых бензиновых моторов со всякими турбинами или разными там системами VVT-i заставляет иногда водителей усомниться в верности принципа «чем мощнее, тем быстрее», а уж про налоги, которые почему-то зависят от мощности, и так все наслышаны.

Так что же такое мощность и как она связана с динамикой?

В паспортных характеристиках машины и на тех самых вкладышах «Турбо» указана максимальная мощность двигателя. Но что она дает машине? И как с ней связан крутящий момент? Постараемся объяснить максимально просто эту важную истину.

Крутящий момент, напомним, есть произведение силы на плечо рычага. А для двигателя — это сила, с которой вращается коленчатый вал двигателя. Измеряется обычно в ньютонах на метр или в килограмм-силах на метр.

График внешней характеристики двигателя

Пики и спады на графике

Дизельный момент

Так как же правильно разгоняться?

Какой мотор предпочесть — с высоким моментом или высокой мощностью?

Крутящий момент двигателя

Механизмы, узлы или детали автомобиля, все вместе и каждый по отдельности, безусловно важны, но основным элементом конструкции конечно же является двигатель. Анализ технических характеристик этого генератора движущей силы позволяет судить о том, насколько быстро авто набирает определенную скорость, как изменяются его тяговые и динамические возможности при увеличении его массы, езде в сложных дорожных условиях.

Базовые параметры двигателей внутреннего сгорания, бензиновых или дизельных, которые устанавливаются на абсолютное большинство современных легковых автомобилей, можно условно разбить на две группы.

Конструктивно заданные характеристики закладываются при проектировании и в процессе производства силового агрегата, являются неизменными в процессе эксплуатации:

тип двигателя (бензиновый или дизельный);
рабочий объем;
степень сжатия топливовоздушной смеси.

Показателями, характеризующими работу мотора или так называемыми рабочими параметрами, являются:

мощность;
крутящий момент;
удельный расход топлива.

Наибольший интерес вызывают параметры, от которых напрямую зависят динамические свойства автомобиля – это мощность и крутящий момент двигателя. Что же из себя представляют эти характеристики?

Что такое мощность двигателя

В официальных описаниях технических характеристик силовых агрегатов, параллельно с указанием мощности, обязательно приводится значение крутящего момента. Понятие мощности двигателя и понимание этого параметра, как правило, не вызывает сложностей – это физическая величина, характеризующая работу двигателя, выполняемую за единицу времени. То есть, мощность показывает, как быстро сможет автомобиль, имеющий определенную массу, преодолеть заданное расстояние. Чем больше мощность, тем больше максимальная скорость при неизменной снаряженной массе.

Мощность измеряется в ваттах или киловаттах (кВт), а также в лошадиных силах. Стоит отметить, что «лошадиная сила» – это внесистемная единица измерения (1 лошадиная сила = 735,5 Вт или 1 кВт = 1,36 л. с.).

Что такое крутящий момент двигателя

Несколько по-иному обстоит ситуация с пониманием крутящего момента, но, зная основные законы физики и базовое устройство силового агрегата, можно без труда прояснить это понятие. Крутящий момент двигателя – это качественный показатель, характеризующий силу вращения коленчатого вала. Этот параметр рассчитывается как произведение силы, приложенной к поршню, на плечо (расстояние от центральной оси вращения коленчатого вала до места крепления поршня (шатунной шейки)). Крутящий момент измеряется в ньютонах на метр (Нм).

Крутящий момент на коленчатом валу, как следует из вышеприведенной формулы, зависит от силы давления газов на поршень, а также от рабочего объема двигателя и степени сжатия топливной смеси в цилиндрах. Кстати сказать, значительно более высокий крутящий момент дизельных двигателей, по сравнению с аналогичными по объему бензиновыми моторами, объясняется чрезвычайно высокой степенью сжатия смеси дизельного топлива и воздуха в камерах сгорания (бензиновые — примерно 10:1, дизельные – около 20:1).

Высокий крутящий момент двигателя обеспечивает автомобилю отличную динамику разгона уже при низких оборотах вращения коленчатого вала, существенно увеличивает тяговые характеристики силового агрегата – повышает грузоподъемность авто и его проходимость.

Максимальное значение крутящего момента двигатель внутреннего сгорания достигает при определенных оборотах. У бензиновых моторов этот показатель более высокий, чем у «дизелей».

Мощность или крутящий момент — что важнее?

Если провести сравнительную оценку двух рабочих характеристик двигателя – мощности и крутящего момента, то очевидными становятся следующие факты:

крутящий момент на коленчатом валу – основной параметр, характеризующий работу силового агрегата;
мощность двигателя – это вторичная рабочая характеристика мотора, которая, по своей сути, является производной крутящего момента;
зависимость мощности от крутящего момента выражается отношением: Р = М*n, где Р – мощность, М – крутящий момент, n – количество оборотов коленчатого вала в минуту;
мощность двигателя линейно зависима от частоты вращения коленчатого вала: чем выше обороты, тем больше мощность мотора (естественно, до определенных пределов);
крутящий момент также увеличивается при повышении оборотов двигателя, но достигнув своего максимального значения (при определенной частоте вращения коленчатого вала), его показатели снижаются, независимо от дальнейшего увеличения оборотов (график зависимости крутящего момента от частоты вращения двигателя имеет вид перевернутой параболы).

Некоторые выводы

При оценке эксплуатационных параметров автомобиля и непосредственно рабочих характеристик его двигателя, величина крутящего момента обладает большим приоритетом, чем мощность.
Среди силовых агрегатов, имеющих схожие конструктивные и рабочие параметры, предпочтительнее выглядят те, у которых крутящий момент больше.
Для обеспечения наилучшей динамики разгона автомобиля и обеспечения оптимальных тяговых свойств двигателя, частоту вращения коленчатого вала нужно поддерживать в том диапазоне значений, при которых крутящий момент достигает своих пиковых показателей.

Изменение крутящего момента и динамика автомобиля

Чтобы обеспечить наилучшие динамические характеристики, автопроизводители стремятся устанавливать на автомобили силовые агрегаты, обладающие максимальным крутящим моментом в более широком диапазоне оборотов двигателя. Высокий крутящий момент характерен для дизельных силовых агрегатов, а также многоцилиндровых и турбированных моторов.

Чтобы правильно оценивать роль мощности и крутящего момента в формировании динамических характеристик автомобиля, нужно уяснить следующие факты:

автомобиль с более мощным, но не обладающим достаточным крутящим моментом двигателем, будет уступать в разгонной динамике авто с высоким крутящим моментом;
высокий крутящий момент, «подхватываемый» двигателем на низких оборотах, позволяет автомобилю ускоряться значительно эффективней;
максимально возможная скорость автомобиля напрямую зависит от мощности двигателя, а крутящий момент не влияет на этот показатель: автомобили, обладающие огромным крутящим моментом, могут развивать весьма скромную максимальную скорость; пример: спортивные болиды (небольшой крутящий момент на карданном валу и высокая скорость) или тяжелые внедорожники (внушительный крутящий момент и невысокая максимальная скорость).

Независимо от мощности двигателя, разгонная динамика автомобиля, а также его способность «резво» преодолевать подъемы всецело зависят от величины максимального крутящего момента. Чем больший крутящий момент передается на ведущие колеса и чем шире диапазон оборотов двигателя, в котором он достигается, тем увереннее авто ускоряется и преодолевает сложные участки дороги.

Стоит заметить, что сравнение характеристик конструкционно идентичных, но имеющих разные крутящие моменты двигателей, имеет смысл только при одинаковых параметрах трансмиссии; коробки переключения передач должны обладать схожими передаточными отношениями. В противном случае, сравнивать крутящие моменты двигателей не имеет практического смысла.

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.

Что такое крутящий момент двигателя автомобиля

Определение «крутящий момент силового агрегата» слышали все, но немногие в полной мере понимают, что это за характеристика. При покупке автомобиля все обращают внимание на «лошадиные силы» под капотом и число передач, упуская из вида один из самых важных показателей. Максимальная скорость, способность ускоряться и мощность зависит не от одних «лошадок», но и от свойства двигателя развивать определенное крутящее усилие.

Что такое крутящий момент

Крутящий момент представляет собой качественный показатель, выражающий силу вращения коленвала, и рассчитывается произведением силы, давящей на поршень, на плечо (расстояние между центром вращения оси коленчатого вала до места крепления поршня к шатуну). Измеряется в количестве ньютонов на метр (Нм).

Сила крутящего момента зависит от давления на поршень при сгорании газов, рабочего объема камеры сгорания и двигателя в целом, степени сжатия горючей смеси в камере сгорания.

Традиционно более высокий крутящий момент у дизелей, это объясняется степенью сжатия, превосходящей бензиновые двигатели практически вдвое.

Сильный крутящий момент дает автомобилю повышенную динамику набора скорости даже при низких оборотах, и заметно повышает тяговые свойства двигателя. Максимальных значений данная характеристика достигает при определенной частоте вращения коленвала, причем у дизелей этот показатель ниже, чем у бензиновых.

Мощность двигателя

В конкретных описаниях силовых характеристик двигателей вместе с указанием мощности в обязательном порядке приводят значение крутящего момента. Само понятие мощности – это числовое выражение физической величины, которая характеризует работу, проделанную силовым агрегатом за единицу времени. Другими словами, это показатель способности автомобиля с постоянной массой быстро преодолевать определенное расстояние. То есть, чем выше мощность, тем с большей скоростью движется транспортное средство при неизменной массе.

Мощность двигателя выражается в количестве выработанной им энергии за единицу времени. Ее принято измерять в ваттах (киловаттах) или лошадиных силах. Но «лошадиная сила» — это не метрическая единица измерения, и она равна 735,5 Вт, или 1 кВт=1,36 л.с.

Что важнее – мощность или крутящий момент?

При сравнении двух основных характеристик двигателя, становятся ясны следующие моменты:

Крутящий момент – главная характеристика силового агрегата;
Мощность – вторичная характеристика, являющаяся производной крутящего момента;
Мощность двигателя прямо зависит от крутящего момента, что можно выразить формулой: Р=M*n, где

Р – мощность, М – крут. момент, n – кол-во оборотов вала в минуту;

Мощность двигателя находится в зависимости от его частоты вращения: с ростом числа оборотов растет и его мощность (до определенного предела);
При увеличении числа оборотов растет и крутящий момент, но при достижении максимального значения (при определенном показателе частоты вращения), показатель снижается даже при дальнейшем его увеличении.

На основе сравнительной оценки можно сделать выводы:

При оценке рабочих характеристик силового агрегата и эксплуатационных свойств автомобиля характеристика крутящего момента более приоритетна, чем мощность;
Среди сходных двигателей по рабочим и конструктивным параметрам более предпочтительны те, где выше крутящий момент;
Наилучшая динамика разгона транспортного средства и оптимальная тяга двигателя будет в определенном промежутке частоты вращения вала, которую нужно поддерживать при движении.

Особенности малооборотистых и высокооборотистых двигателей

Увидев достаточно большое значение мощности двигателя, многие люди считают, что это хорошо, при этом следует обратить внимание на значение оборотов двигателя при максимальном крутящем моменте. Проще говоря если двигатель способен развить максимальную мощность 90 л.с. при оборотах 5 тыс., а тахометр показывает всего 2,5, то в этот момент используется всего половина максимальной мощности.

Также при перемещении с большой скоростью по шоссе на последней передаче при ощутимом уклоне вверх, мощности двигателя может быть недостаточно. Для этого производится переключение на пониженную передачу, чтобы выжать из двигателя большую мощность. В этом случае крутящий момент служит для повышения мощности и активизирует силы мотора для преодоления препятствия.

На бензиновых двигателях пиковый крутящий момент в зависимости от марки достигается при 3500-6000 об/мин. У дизелей этот показатель наступает при 3-4 тыс., следовательно, они обладают лучшей динамикой разгона, но проигрывают бензиновым по максимальной мощности. Поэтому самые мощные и быстрые автомобили оснащают исключительно бензиновым силовым агрегатом на высокооктановом бензине.

Подобная закономерность наблюдается и при сравнении низкооборотистого и высокооборотистого двигателя, работающего на одинаковом топливе. При одинаковом рабочем объеме менее высокооборотистый будет показывать лучшие разгонные и тяговые характеристики, а более высокооборотистый – лучшие скоростные и динамические показатели. При этом имеет значение схожесть параметров трансмиссии – если передаточные соотношения не одинаковы, сравнивать двигатели бессмысленно.

Эластичность двигателя

Данная характеристика представляет собой соотношение количества оборотов при максимальной мощности двигателя к числу оборотов при максимальном крутящем моменте. Характеристика лучше, когда обороты крутящего момента значительно меньше в сравнении с оборотами максимальной мощности. Это позволяет повышать и снижать скорость движения на одной передаче в широком диапазоне.

На практике оценить эластичность двигателя можно при разгоне с 4 передачи от 60 до 100 км/ч. Чем выше эластичность двигателя, тем разгон происходит за меньшее время. Также при высокой эластичности ниже шум работы мотора, меньше расход топлива, и ниже износ коробки передач за счет меньшего числа манипуляций с переключениями.

Что такое максимальный крутящий момент двигателя?

Крутящий момент, что это и зачем он нужен?

Что важнее для разгона – мощность или крутящий момент