Что такое крутящий момент электродвигателя
Что такое крутящий момент двигателя
КРУТЯЩИЙ МОМЕНТ ДВИГАТЕЛЯ – это произведение силы на плечо рычага, к которому она приложена. Если помните, то сила измеряется в Ньютонах, а вот плечо рычага измеряется в метрах – Нм. 1 Нм равняется силе в 1Н (Ньютон), которая приложена к рычагу в 1 метр.
В двигателях внутреннего сгорания сила передается от топлива, которое воспламеняется, поршню, от поршня кривошипному механизму, от кривошипного механизма коленвалу. А вот уже коленвал через систему трансмиссии и приводов раскручивает колеса.
Понятно, что крутящий момент двигателя не постоянен, он сильнее – когда на плечо действует большая сила, слабее – когда сила перестает действовать. То есть когда мы давим на педаль газа то сила, действующая на плечо увеличивается, а соответственно увеличивается и крутящий момент двигателя.
• Мощность двигателя
Крутящий момент напрямую связан с мощностью двигателя, куда же без нее. Мощность если сказать простыми словами – это работа двигателя совершенная за определенную единицу времени. А так как крутящий момент, это и есть работа двигателя, то мощность характеризует, сколько раз в единицу времени, двигатель совершил крутящий момент.
Физики вывели формулу которая связывает крутящий момент и мощность.
P (мощность) = Мкр (момент крутящий) * N (обороты двигателя, измеряются в об./мин)/9549.
Мощность измеряется в киловаттах. Однако у нас в стране киловатты сложны для потребителя, мы привыкли измерять мощность в лошадиных силах (л.с.). И тут все просто, для того чтобы перевести киловатты в лошадиные силы, нужно количество киловатт умножить на 1.36
Крутящий момент и мощность двигателя
С крутящим моментом и мощностью разобрались. Теперь давайте подумаем – на что влияет мощность, а на что крутящий момент?
Мощность влияет на преодоление различных сил, которые мешают автомобилю. Это сила трения в двигателе, трансмиссии и в приводах автомобиля, аэродинамические силы, силы качения колес и т.д. Чем больше мощность, тем большее сопротивление сил автомобиль может преодолеть и развить большую скорость. Но мощность сила не постоянная, а зависящая от оборотов двигателя. На холостом ходу, мощность одна, а при максимальных оборотах мощность другая. Многие производители указывают, при каких оборотах достигается максимальная мощность автомобиля.
Важно помнить одно – максимальная мощность не развивается сразу, автомобиль стартует с места практически при минимальных оборотах, чуть выше холостого хода, а вот чтобы мобилизировать полную мощность нужно время, вот тут то и вступает в игру крутящий момент. Именно от него зависит, за какой отрезок времени автомобиль достигнет максимальной мощности, простыми словами динамика разгона автомобиля.
Бензиновые двигатели обладают не самым большим крутящим моментом. Своего, практически максимального значения, бензиновый двигатель достигает при средних оборотах 3 – 4 тысячи, но бензиновый двигатель быстро может увеличить мощность и раскрутиться до 7 – 8 тыс. оборотов. Если верить выше приведенным формулам, то при таких оборотах мощность возрастает в разы.
Дизельный двигатель не обладает высокими оборотами, обычно это 3 – 5 тысяч в максимуме, тут он проигрывает бензиновым двигателям. Однако крутящий момент дизеля выше в разы, причем он доступен практически с холостого хода.
И что же лучше? Мощность или крутящий момент?
Простой пример – берем два двигателя от компании AUDI, один дизельный 2.0 TDI (мощность 140 л.с. крутящий момент – 320 Нм), другой бензиновый 2.0 FSI (мощность – 150 л.с., крутящий момент – 200 Нм.). После тестирования в различных режимах получается, что дизель в диапазоне от 1 до 4.5 тысяч оборотов, мощнее бензинового двигателя. Причем на значительные 30 – 40 л.с., поэтому не стоит смотреть только на л.с., бывает что двигатель с меньшим объемом, но с высоким крутящим моментом намного динамичнее, чем двигатель с большим объемом и низким крутящим моментом.
В итоге, чтобы закончить тему, хочу сказать, классифицировать машины, только по мощности (л.с.) двигателя не правильно. Нужно смотреть еще и на крутящий момент (Нм), запомните если крутящий момент двигателя намного выше чем у конкурента, то такой двигатель будет обладать большей динамикой.
Мощность и вращающий момент электродвигателя. Что это такое?
Мощность и вращающий момент электродвигателя
Данная глава посвящена вращающему моменту: что это такое, для чего он нужен и др. Мы также разберём типы нагрузок в зависимости от моделей насосов и соответствие между электродвигателем и нагрузкой насоса.
Вы когда-нибудь пробовали провернуть вал пустого насоса руками? Теперь представьте, что вы поворачиваете его, когда насос заполнен водой. Вы почувствуете, что в этом случае, чтобы создать вращающий момент, требуется гораздо большее усилие.
А теперь представьте, что вам надо крутить вал насоса несколько часов подряд. Вы бы устали быстрее, если бы насос был заполнен водой, и почувствовали бы, что потратили намного больше сил за тот же период времени, чем при выполнении тех же манипуляций с пустым насосом. Ваши наблюдения абсолютно верны: требуется большая мощность, которая является мерой работы (потраченной энергии) в единицу времени. Как правило, мощность стандартного электродвигателя выражается в кВт.
Работа и мощность
Если мы говорим о вращении, мощность выражается как вращающий момент (T), умноженный на частоту вращения (w).
Частота вращения объекта определяется измерением времени, за которое определённая точка вращающегося объекта совершит полный оборот. Обычно эта величина выражается в оборотах в минуту, т.е. мин-1 или об/мин. Например, если объект совершает 10 полных оборотов в минуту, это означает, что его частота вращения: 10 мин-1 или 10 об/мин.
Итак, частота вращения измеряется в оборотах в минуту, т.е. мин-1.
Приведем единицы измерения к общему виду.
Для наглядности возьмём разные электродвигатели, чтобы более подробно проанализировать соотношение между мощностью, вращающим моментом и частотой вращения. Несмотря на то, что вращающий момент и частота вращения электродвигателей сильно различаются, они могут иметь одинаковую мощность.
Например, предположим, что у нас 2-полюсный электродвигатель (с частотой вращения 3000 мин-1) и 4-полюсной электродвигатель (с частотой вращения 1500 мин-1). Мощность обоих электродвигателей 3,0 кВт, но их вращающие моменты отличаются.
Таким образом, вращающий момент 4-полюсного электродвигателя в два раза больше вращающего момента двухполюсного электродвигателя с той же мощностью.
Как образуется вращающий момент и частота вращения?
Теперь, после того, как мы изучили основы вращающего момента и скорости вращения, следует остановиться на том, как они создаются.
В электродвигателях переменного тока вращающий момент и частота вращения создаются в результате взаимодействия между ротором и вращающимся магнитным полем. Магнитное поле вокруг обмоток ротора будет стремиться к магнитному полю статора. В реальных рабочих условиях частота вращения ротора всегда отстаёт от магнитного поля. Таким образом, магнитное поле ротора пересекает магнитное поле статора и отстает от него и создаёт вращающий момент. Разницу в частоте вращения ротора и статора, которая измеряется в %, называют скоростью скольжения.
Скольжение является основным параметром электродвигателя, характеризующий его режим работы и нагрузку. Чем больше нагрузка, с которой должен работать электродвигатель, тем больше скольжение.
Помня о том, что было сказано выше, разберём ещё несколько формул. Вращающий момент индукционного электродвигателя зависит от силы магнитных полей ротора и статора, а также от фазового соотношения между этими полями. Это соотношение показано в следующей формуле:
Сила магнитного поля, в первую очередь, зависит от конструкции статора и материалов, из которых статор изготовлен. Однако напряжение и частота тока также играют важную роль. Отношение вращающих моментов пропорционально квадрату отношения напряжений, т.е. если подаваемое напряжение падает на 2%, вращающий момент, следовательно, уменьшается на 4%.
Потребляемая мощность электродвигателя
Ток ротора индуцируется через источник питания, к которому подсоединён электродвигатель, а магнитное поле частично создаётся напряжением. Входную мощность можно вычислить, если нам известны данные источника питания электродвигателя, т.е. напряжение, коэффициент мощности, потребляемый ток и КПД.
В Европе мощность на валу обычно измеряется в киловаттах. В США мощность на валу измеряется в лошадиных силах (л.с.).
Если вам необходимо перевести лошадиные силы в киловатты, просто умножьте соответствующую величину (в лошадиных силах) на 0,746. Например, 20 л.с. равняется (20 • 0,746) = 14,92 кВт.
И наоборот, киловатты можно перевести в лошадиные силы умножением величины в киловаттах на 1,341. Это значит, что 15 кВт равняется 20,11 л.с.
Момент электродвигателя
Мощность [кВт или л.с.] связывает вращающий момент с частотой вращения, чтобы определить общий объём работы, который должен быть выполнен за определённый промежуток времени.
Рассмотрим взаимодействие между вращающим моментом, мощностью и частотой вращения, а также их связь с электрическим напряжением на примере электродвигателей Grundfos. Электродвигатели имеют одну и ту же номинальную мощность как при 50 Гц, так и при 60 Гц.
Это влечёт за собой резкое снижение вращающего момента при 60 Гц: частота 60 Гц вызывает 20%-ное увеличение числа оборотов, что приводит к 20%-ному уменьшению вращающего момента. Большинство производителей предпочитают указывать мощность электродвигателя при 60 Гц, таким образом, при снижении частоты тока в сети до 50 Гц электродвигатели будут обеспечивать меньшую мощность на валу и вращающий момент. Электродвигатели обеспечивают одинаковую мощность при 50 и 60 Гц.
Графическое представление вращающего момента электродвигателя изображено на рисунке.
Иллюстрация представляет типичную характеристику вращающий момент/частота вращения. Ниже приведены термины, используемые для характеристики вращающего момента электродвигателя переменного тока.
Пусковой момент (Мп): Механический вращающий момент, развиваемый электродвигателем на валу при пуске, т.е. когда через электродвигатель пропускается ток при полном напряжении, при этом вал застопорен.
Минимальный пусковой момент (Ммин): Этот термин используется для обозначения самой низкой точки на кривой вращающий момент/частота вращения электродвигателя, нагрузка которого увеличивается до полной скорости вращения. Для большинства электродвигателей Grundfos величина минимального пускового момента отдельно не указывается, так как самая низкая точка находится в точке заторможенного ротора. В результате для большинства электродвигателей Grundfos минимальный пусковой момент такой же, как пусковой момент.
Вращающий момент при полной нагрузке (Мп.н.): Вращающий момент, необходимый для создания номинальной мощности при полной нагрузке.
Нагрузка насосов и типы нагрузки электродвигателя
Выделяют следующие типы нагрузок:
Постоянная мощность
Термин «постоянная мощность» используется для определённых типов нагрузки, в которых требуется меньший вращающий момент при увеличении скорости вращения, и наоборот. Нагрузки при постоянной мощности обычно применяются в металлообработке, например, сверлении, прокатке и т.п.
Постоянный вращающий момент
Переменный вращающий момент и мощность
Вся остальная часть данного раздела будет посвящена исключительно переменному вращающему моменту и мощности.
Определив, что для центробежных насосов типичным является переменный вращающий момент, мы должны проанализировать и оценить некоторые характеристики центробежного насоса. Использование приводов с переменной частотой вращения обусловлено особыми законами физики. В данном случае это законы подобия, которые описывают соотношение между разностями давления и расходами.
Во-первых, подача насоса прямо пропорциональна частоте вращения. Это означает, что если насос будет работать с частотой вращения на 25% больше, подача увеличится на 25%.
Во-вторых, напор насоса будет меняться пропорционально квадрату изменения скорости вращения. Если частота вращения увеличивается на 25%, напор возрастает на 56%.
В-третьих, что особенно интересно, мощность пропорциональна кубу изменения скорости вращения. Это означает, что если требуемая частота вращения уменьшается на 50%, это равняется 87,5%-ному уменьшению потребляемой мощности.
Итак, законы подобия объясняют, почему использование приводов с переменной частотой вращения более целесообразно в тех областях применения, где требуются переменные значения расхода и давления. Grundfos предлагает ряд электродвигателей со встроенным частотным преобразователем, который регулирует частоту вращения для достижения именно этой цели.
Так же как подача, давление и мощность, потребная величина вращающего момента зависит от скорости вращения.
Это можно проиллюстрировать на примере характеристики вращающий момент/частота вращения, которую мы использовали ранее, когда рассказывали о вращающем моменте электродвигателя:
Когда электродвигатель набирает скорость от нуля до номинальной скорости, вращающий момент может значительно меняться. Величина вращающего момента, необходимая при определённой нагрузке, также изменяется с частотой вращения. Чтобы электродвигатель подходил для определённой нагрузки, необходимо чтобы величина вращающего момента электродвигателя всегда превышала вращающий момент, необходимый для данной нагрузки.
В примере, центробежный насос при номинальной нагрузке имеет вращающий момент, равный 70 Нм, что соответствует 22 кВт при номинальной частоте вращения 3000 мин-1. В данном случае насосу при пуске требуется 20% вращающего момента при номинальной нагрузке, т.е. приблизительно 14 Нм. После пуска вращающий момент немного падает, а затем, по мере того, как насос набирает скорость, увеличивается до величины полной нагрузки.
Очевидно, что нам необходим насос, который будет обеспечивать требуемые значения расход/напор (Q/H). Это значит, что нельзя допускать остановок электродвигателя, кроме того, электродвигатель должен постоянно ускоряться до тех пор, пока не достигнет номинальной скорости. Следовательно, необходимо, чтобы характеристика вращающего момента совпадала или превышала характеристику нагрузки на всём диапазоне от 0% до 100% скорости вращения. Любой «избыточный» момент, т.е. разница между кривой нагрузки и кривой электродвигателя, используется как ускорение вращения.
Соответствие электродвигателя нагрузке
Если нужно определить, отвечает ли вращающий момент определённого электродвигателя требованиям нагрузки, Вы можете сравнить характеристики скорости вращения/вращающего момента электродвигателя с характеристикой скорости вращения/ вращающего момента нагрузки. Вращающий момент, создаваемый электродвигателем, должен превышать потребный для нагрузки вращающий момент, включая периоды ускорения и полной скорости вращения.
Характеристика зависимости вращающего момента от скорости вращения стандартного электродвигателя и центробежного насоса.
Когда двигатель приближается к своему номинальному значению скорости вращения, ток снижается. Как и следовало ожидать, во время начального периода пуска потери на электродвигателе высоки, поэтому этот период не должен быть продолжительным, чтобы не допустить перегрева.
Очень важно, чтобы максимальная скорость вращения достигалась как можно точнее. Это связано с потребляемой мощностью: например, увеличение скорости вращения на 1% по сравнению со стандартным максимумом приводит к 3%-ному увеличению потребляемой мощности.
Потребляемая мощность пропорциональна диаметру рабочего колеса насоса в четвертой степени.
Уменьшение диаметра рабочего колеса насоса на 10% приводит к уменьшению потребляемой мощности на (1- (0.9 * 0.9 * 0.9 * 0.9)) * 100 = 34%, что равно 66% номинальной мощности. Эта зависимость определяется исключительно на практике, так как зависит от типа насоса, конструкции рабочего колеса и от того, насколько вы уменьшаете диаметр рабочего колеса.
Время пуска электрдвигателя
Если нам необходимо подобрать типоразмер электродвигателя для определённой нагрузки, например для центробежных насосов, основная наша задача состоит в том, чтобы обеспечить соответствующий вращающий момент и мощность в номинальной рабочей точке, потому что пусковой момент для центробежных насосов довольно низкий. Время пуска достаточно ограниченно, так как вращающий момент довольно высокий.
Нередко для сложных систем защиты и контроля электродвигателей требуется некоторое время для их пуска, чтобы они могли замерить пусковой ток электродвигателя. Время пуска электродвигателя и насоса рассчитывается с помощью следующей формулы:
tпуск = время, необходимое электродвигателю насоса, чтобы достичь частоты вращения при полной нагрузке
n = частота вращения электродвигателя при полной нагрузке
Iобщ = инерция, которая требует ускорения, т.е. инерция вала электродвигателя, ротора, вала насоса и рабочих колёс.
Момент инерции для насосов и электродвигателей можно найти в соответствующих технических данных.
Мизб = избыточный момент, ускоряющий вращение. Избыточный момент равен вращающему моменту электродвигателя минус вращающий момент насоса при различных частотах вращения.
Мизб можно рассчитать по следующим формулам:
Как видно из приведённых вычислений, выполненных для данного примера с электродвигателем мощностью 4 кВт насоса CR, время пуска составляет 0,11 секунды.
Число пусков электродвигателя в час
Современные сложные системы управления электродвигателями могут контролировать число пусков в час каждого конкретного насоса и электродвигателя. Необходимость контроля этого параметра состоит в том, что каждый раз, когда осуществляется пуск электродвигателя с последующим ускорением, отмечается высокое потребление пускового тока. Пусковой ток нагревает электродвигатель. Если электродвигатель не остывает, продолжительная нагрузка от пускового тока значительно нагревает обмотки статора электродвигателя, что приводит к выходу из строя электродвигателя или сокращению срока службы изоляции.
Обычно за количество пусков, которое может выполнить электродвигатель в час, отвечает поставщик электродвигателя. Например, Grundfos указывает максимальное число пусков в час в технических данных на насос, так как максимальное количество пусков зависит от момента инерции насоса.
Мощность и КПД (eta) электродвигателя
Существует прямая связь между мощностью, потребляемой электродвигателем от сети, мощностью на валу электродвигателя и гидравлической мощностью, развиваемой насосом.
При производстве насосов используются следующие обозначения этих трёх различных типов мощности.
Р3 (кВт) Входная мощность насоса = P2, при условии, что соединительная муфта между валами насоса и электродвигателя не рассеивает энергию.
Крутящий момент двигателя: что это такое простыми словами, в чем измеряется, на что влияет, чем он важнее лошадиных сил
Крутящий момент двигателя автомобиля (момент силы) — это векторная физическая величина, равная произведению силы на плечо рычага, к которому она приложена.
В чём измеряется крутящий момент? В общепринятой системе единиц величина обозначается в ньютон-метрах (Н·м). Следовательно, 1 Н·м это 1H (Ньютон), приложенному к рычагу, равному 1 м. Эти понятия имеют тесную связь с мощностью и оборотами, которые совершают коленчатый вал и мотор. Чем длиннее рычаг, тем больше тяга у двигателя.
Крутящий момент имеет разную величину, он увеличивается, когда к плечу приложена большая сила, и слабеет, когда эта сила не действует. Приведу пример. Когда нога водителя давит на педаль акселератора, то сила, приложенная к плечу, возрастает, что ведёт к повышению крутящего момента мотора.
Зачем нужен момент в автомобиле? Физический смысл крутящего момента на примере: если крутящий момент прикладывается к колесу радиусом 0,7 м, то крутящий момент составит 2300 Н·м, то есть сила двигателя автомобиля будет составлять 6440 H. Чем больше значение крутящего момента, тем сильнее двигатель будет тянуть автомобиль.
Мощность – это количество работы, совершаемой за определённое время, то есть это скорость выполнения. На примере: трактор сможет за минуту накосить больше травы, чем газонокосилка. Измеряется мощность в ваттах (Вт), что означает работу в 1 джоуль (Дж), совершённую за 1 секунду. А самая известная внесистемная единица – это лошадиная сила (л.с.), которая равна 0,736 кВт. Например, мощность мотора 200 кВт равна 272 л.с. Оба показателя тесно связаны: мощность равна произведению крутящего момента на угловую скорость.
Как ни странно, но, несмотря на то, что гужевые средства передвижения остались в истории, показатель «л.с.» до сих пор является неофициальной важной единицей измерения. Причём это касается не только производителей авто, но и государственных законов (помните про квитанцию об уплате транспортного налога?).
«Лошадиная сила» — это не совсем точный показатель производительности, который равен количеству усилий стандартной лошади для подъёма груза в 75 кг на высоту 1 метр за 1 секунду. Этот показатель придумали в период промышленной революции для сравнения превосходства механизмов над лошадьми. Джеймс Уатт, инженер из Шотландии, ввёл официальную единицу измерения мощности, которая была названа в честь его имени – «Вт» — ватты. 1 кВт равняется 1,36 л.с., но этот показатель измерения мощности не прижился, в обиходе остался привычная всем лошадиная сила. Тем не менее, автомобиль толкает впёрёд не мощность, а крутящий момент.
В современном мире лошадиные силы не совсем точно определяют параметры автомобиля. Транспорт с малой мощностью может быть резвее, чем другая более мощная машина. А вот автомобили на дизельном моторе показывают лучше тягу и динамику, чем на бензиновом. В результате производители придумали более интересную характеристику, которая бы лучше описывала современный двигатель. Этот параметр называется крутящий момент.
В статье – что такое крутящий момент, в чём измеряется, от чего зависит, на что влияет, в чём разница между мощностью, лошадиными силами и крутящим моментом.
Что такое крутящий момент двигателя автомобиля простыми словами
Для понимания термина «крутящий момент» стоит рассмотреть основную информацию:
Приведённые термины – это простая физика, и в них стоит разобраться, чтобы понять, как работает ДВС, что достигается за счёт мощности и какой показатель является основным для динамики автомобиля.
В каких единицах измеряется крутящий момент – ньютон-метр.
Часто крутящий момент (КМ) двигателя внутреннего сгорания соизмеряют с силой или скоростью вращения. Чтобы разобраться с этим понятием, следует понять, какую работу выполняет мотор за один оборот. Именно величина этой силы измеряется в ньютон-метрах (Н·м). Сам крутящий момент любого двигателя можно представить в виде простой формулы с множителем, где сила умножается на движение и на выходе получается работа.
Крутящий момент на холостом ходу и при переходе на нейтральную передачу будет разным. Его величина не является постоянной и сильно зависит от интенсивности работы ДВС. Именно поэтому технические характеристики транспорта определяют максимальный крутящий момент коленчатого вала, при которых показатель достигает, например, 200 Н·м при 3000 об/мин. — вот что значит ньютон на метр крутящего момента.
При рассмотрении возможностей ДВС, этот показатель является бессмысленным, поскольку итоговое число может быть умножено на конкретную передачу. Следовательно, даже при минимальных оборотах мотор будет производить больше энергии.
Примеры
Если автомобиль увяз в песке и не может из него выехать, то мощность мотора в этом случае будет нулевая, поскольку никакой работы не происходит. А крутящий момент в этом случае будет присутствовать. Поэтому вывод: крутящий момент без мощности существует, а мощности без крутящего момента не бывает.
Представим, что автомобиль упёрся колёсами в стену и не может тронуться с места. Мощность здесь будет нулевая, при этом крутящий момент увеличивается. То есть крутящий момент – это та сила, которую производит мотор, преобразуя тепловую энергию в механическую.
Когда авто едет по прямой дороге и резко начинается подъём, то сопротивление на колёсах станет больше, обороты мотора снизятся, причём топливо будет подаваться в прежнем количестве. Если мотор работает исправно, то крутящий момент в этом случае увеличится. ДВС как бы приспособится к нагрузке и водителю не потребуется переключить более низкую передачу. А во время спуска авто будет разгоняться, тяга уже не так важна, как тот факт, чтобы мотор смог успевать её производить. Мощность становится важнее крутящего момента.
Следующий пример. Лошадь с тяжёлыми санями в дороге застревает в канаве. Если животное будет с разбегу пытаться выскочить из канавы, то у него ничего не получится. Здесь понадобится приложить такую силу, которая будет являться крутящим моментом. Сила шага лошади при отталкивании будет являться олицетворением крутящего момента. А частота шага будет сравнима с частотой оборотов мотора.
Ещё более простой пример. Работник, обрабатывающий мотыгой поле. Здесь количество ударов мотыгой в минуту приравнивается к числу оборотов мотора. А сила, с которой человек ударяет мотыгой о землю, олицетворяет крутящий момент мотора. Таким образом, мощность ДВС – это совокупность числа оборотов и крутящего момента, то есть, сколько полей человек может обработать за определённый период времени. Работник может применять небольшую мотыгу (малый крутящий момент) и работать ей быстро (повышенные обороты мотора), либо бить медленно большой мотыгой (малые обороты), но сильно (большой крутящий момент). Отмечу, что количество проделанной работы может быть равным при самых разных значениях крутящего момента.
Чем раньше достигается пиковое значение крутящего момента, и чем позже максимум мощности, тем больше двигатель раскрывает свой потенциал. Оптимальные показатели в этом случае имеют электрические моторы. Они обладают пиковой тягой почти сразу после начала движения. А вот мощность увеличивается постепенно. Также одним из главных свойств, влияющих на мощность и крутящий момент, являются обороты ДВС. Чем больше оборотов мотора, тем он больше мощности выдаёт.
Немного расскажу про моторы, устанавливаемые на гоночные автомобили. Такие двигатели имеют небольшой размер и небольшой показатель крутящего момента. Но эти моторы могут набирать до 20 000 об/мин., то есть на выходе получается просто сверхмощность. Если обычный мотор при 4 тыс. об./мин. выдаёт 250 Н·м при 140 л.с., то суперкар при 18 тыс. об./мин. выдаёт почти 650 л.с.!
Но на практике сильно повысить частоту мотора тяжело, ведь в противовес вступают трение и инерционные нагрузки. Если попытаться раскрутить мотор от 4000 до 8000 об./мин., то инерционные силы увеличатся в 4 раза, что может вывести мотор из строя. Турбонаддув способен неплохо повысить КМ, но это зачастую приводит к сильному нагреву мотора.
Сила в моторах, которая толкает поршни, возникает в результате энергии микровзрывов топливно-воздушной смеси. То есть поршень схож с лошадиной силой. Благодаря поршню происходит раскручивание коленвала и передача через систему валов трансмиссии энергии для раскручивания колёс автомобиля. Чем быстрее вращается коленвал, тем больше мощность ДВС.
При высоком крутящем моменте колёса автомобиля вращаются быстрее, то есть транспортное средство получает больше динамики, оно становится более «резвее».
От чего зависит крутящий момент двигателя
Чтобы понять, какой крутящий момент для автомобиля лучше, стоит разобраться, какие основные факторы влияют на его образование. Физический смысл КМ понятен, но он изменяется зависимо от нескольких факторов:
Показатели КМ и мощности достигают максимальных показателей при конкретных оборотах двигателя. Но, это значение – совершенно неважно для рядового автовладельца. Генри Форд сказал: «лошадиные силы продают автомобиль, а крутящий момент выигрывает гонки». И эта фраза как нельзя лучше позволяет разобраться в проблеме – первое, на что стоит обращать внимание при выборе мотора – это его объём.
Крутящий момент увеличивается при увеличении оборотов мотора, но после достижения своего максимального значения КМ снижается, несмотря на увеличение частоты вращения коленчатого вала.
На что влияет крутящий момент
Высокие показатели КМ помогают быстрее разогнать автомобиль, но так происходит не всегда. В отдельных случаях, даже при повышенных значениях момента, машина набирает скорость в движении довольно медленно. Связано это с тем, что двигателю нужно время на прогрев (простыми словами – «набрать обороты»).
При сравнении с организмом человека можно сказать что мощность – это выносливость, а крутящий момент – это сила. Мощность мотора напрямую зависит от того, какую максимальную скорость может набрать транспортное средство, а крутящий момент определяет, насколько быстрее будет достигнут максимальный показатель скорости. Поэтому авто с мощными двигателями не особо быстро разгоняются, а в тех машинах, где моторы послабже, быстрее набирают скорость.
Специалисты со стажем прекрасно понимают, что лучше выбрать машину с таким мотором, в котором значение крутящего момента при стандартных оборотах является наилучшим. Это максимально раскрывает потенциал мощности двигателя внутреннего сгорания.
Как крутящий момент влияет на разгон? Этот показатель прямо влияет на динамику разгона, причём маломощные моторы показывают лучшие результаты, чем те, которые на порядок мощнее при одинаковом весе и размере автомобиля. Всё дело в крутящем моменте, который является важнее при разгоне, чем мощность ДВС и лошадиные силы. Но сам по себе КМ может не обеспечить хорошую динамичность авто, поскольку это зависит от других факторов, таких как передаточные числа трансмиссии, диапазоны силового агрегата и прочие внешние условия.
Плюсы максимального крутящего момента
Максимальный крутящий момент позволяет эффективно разогнать машину, но без других важных для динамики показателей, он не эффективен. Именно эта сила обеспечивает ускорение после нажатия на педаль газа.
Главное преимущество максимального показателя – быстрый разгон с места (при условии достаточного объёма двигателя) и простота обгона в движении. При выборе нового автомобиля стоит обращать внимание именно на этот показатель, потому что он существенно упрощает вождение. В тоже время, реализовать и применить доступные лошадиные силы в полную силу в городских условиях – практически невозможно.
Для оценки роли крутящего момента учитываются следующие факты:
Вывод – скорость разгона автомобиля зависит только от крутящего момента, а не от мощности мотора. Чем больше крутящий момент, который передаётся на ведущую ось автомобиля, и чем быстрее он достигнет максимальных значений, тем легче преодолевать сложные участки пути.
Как можно повысить крутящий момент?
Важно понимать, что самостоятельное повышение крутящего момента путём внесения изменений в заводскую конструкцию автомобиля сильно снижает ресурс мотора.
Что такое мощность двигателя
Мощность – это физическая величина, отражающая совершаемую двигателем работу за определённую единицу времени. При вращательном движении она устанавливается как произведение крутящего момента на скорость коленвала. Чаще всего она определяется в лошадиных силах, но могут применять и другие единицы измерения, например кВт.
Для установления основных характеристик авто используются следующие показатели мощности:
Индикаторная мощность – это такая сила, с которой газ оказывает давление на поршень. Другие факторы в расчёт не берутся – только приложенная сила в момент сгорания топливной смеси. Она является пропорциональной объёму мотора и среднему показателю давления газов в цилиндрах
Эффективная мощность передаётся коленчатому валу и КПП. А литровая мощность представлена соотношением объёма мотора к его максимальной мощности. У дизельных ДВС она составляет 10-15 кВт/л.
Мощность не является величиной постоянной. Каждый двигатель имеет собственную кривую линию, отображающую на графике зависимость от частоты вращения коленвала. До достижения пиковых отметок проходит примерно 4-5 тысяч оборотов, мощность возрастает пропорционально им, а далее начинает плавно отставать, что приводит к наклону кривой. Перекрытие клапанов при максимальной частоте вращения и коэффициенте полезного действия возникает из-за недостаточного газообмена.
Узнать мощность мотора, установленного на конкретной машине можно при помощи инструкции по эксплуатации авто. В разделе с техническими показателями будет указана вся информация в виде пиковых значений. Если мощность установлена производителем в кВт, как рассчитать число лошадок становится понятно (1 кВт = 1,36 л.с.).
Что такое «лошадиные силы» и откуда они появляются
Понятие «лошадиной силы» придумал инженер из Шотландии Джеймс Уатт, который внёс свой вклад в историю. Его именем сейчас измеряют мощность бытовых приборов. Он жил в первой половине 19 века и объяснял, что измерять мощность на примере лошадей его «научили» пони, которые в то время долго использовались в горной промышленности. Он заметил, что каждая лошадь может поднять примерно 150 кг массы за 1 минуту на расстояние 30 м. Это и натолкнуло его на расчёт.
Животное массой почти 500 кг ходило по кругу и натягивало канат через систему блоков, что имитировало работу крана, который бы поднимал груз кг со скоростью 1 м/с. Груз имел массу 140-190 кг каждый. Таким образом, за 8-часовой рабочий день лошадь могла без особого труда со скоростью 3 км/ч поднять около 14 тонн груза.
В основных европейских странах одну лошадиную силу сравнивают с 75 кг/с – это поднятие груз весом 75 кг на высоту, равную 1 метру за секунду. В физике единица измерения, именующаяся лошадиными силами – не прижилась, чаще её используют в автомобильной сфере. Технологии развиваются, но сам термин остался в обращении.
Если в технической документации транспортного средства, его мощность описывается в кВт, установить количество л.с не сложно. Показатель, имеющийся в паспорте достаточно разделить на стабильную величину, равную 0,735. Так и получают количество лошадиных сил.
Но, надо помнить, что мощность не является постоянной величиной. Она сильно зависит от количества оборотов двигателя, потому рядом с ней указывают их показатель. Современные ДВС проявляют максимальную тяговую силу при 5-6 тыс. об/мин, но в таком режиме в условиях города никто не ездит. Показатели на тахометре чаще всего едва достигают 3 тыс об/мин, соответственно в этом случае мотор показывает половину от своей силы.
Крутящий момент и лошадиные силы: в чем разница
Рассмотрим такой вопрос, как разница между крутящим моментом и лошадиными силами. Сразу заметим, что важны оба показателя, но установить степень их ценности можно при рассмотрении конкретных примеров.
Если вам нужно ускориться, чтобы совершить обгон или успеть проехать светофор на мигающий зелёный свет, понадобиться использовать именно лошадиные силы. Безусловно, «запустить» их в один момент не получится, потому что двигателю придётся сначала разогнаться до определённых оборотов, а для этого необходимо время. Тут к делу подключается именно крутящий момент, благодаря которому удаётся совершить быстрый разгон.
Мощность мотора это продуцируемая энергия, которая преобразуется на валу двигателя, изменяется в коробке переключения передач и редукторе, а потом переходит на ведущее колесо. Следовательно, крутящий момент и является той самой толкающей силой.
Если двигатель имеет малую мощность, машина тронется с места с грузом при правильном выборе позиции в КПП. Но, чтобы ехать с большей скоростью потребуется именно достаточный крутящий момент и хороший запас мощности мотора.
Приведу пример. Давайте сравним трактор и гоночный болид. При равном объёме двигателя и количестве лошадиных сил болид использует крутящий момент для увеличения скорости – большое количество мощности применяется для увеличения скорости. А трактор использует мощность для выработки тяги, а не для скорости, чтобы он мог передвигать тяжёлый груз, пахать землю и др.
Что важнее: мощность или крутящий момент для динамики авто
На этом показателе стоит остановить внимание при выборе автомобиля. Если мощность двух ДВС различается несущественно, стоит выбирать самый моментный, особенно если используется механическая коробка переключения передач. Именно этот показатель в промежуточных режимах сыграет ключевую роль. Если мотор всё время будет работать на пределе, мощность ничего не даст. Она важна, но только не при максимальных оборотах. В остальных условиях, двигатели с большим крутящим моментом выиграют.
Для широкого понимания темы нужно углубиться в оба термина и рассмотреть их детали, чтобы понять, чем отличается мощность от крутящего момента. Для этого сравним рабочие характеристики этих показателей:
Какие выводы из этого можно сделать?
Отмечу, что двигатель выдаст максимум тяги не в одной точке, а в диапазоне – это «полка крутящего момента». Это можно легко заметить при движении авто в гору с механической КПП. Здесь диапазона мощности хватает, чтобы не переходить на низкую передачу, потому что запаса крутящего момента хватит, чтобы тянуть авто в пределах одной передачи. То же самое касается и динамичных манёвров на высокой скорости.
Если крутящий момент можно увеличить в несколько раз, то почему у него есть предел — «потолок», выше которого он не может быть увеличен? Главная характеристика мотора – это мощность, которую никак не изменить. Если водитель выиграет в скорости, то проиграет в крутящем моменте, и наоборот. Хоть это и звучит нелогично, но показатель КМ не должен вообще интересовать автомобилиста, ведь раскрутить мотор можно и при высоком передаточном числе.
Мощность является расчётной величиной, которую нельзя измерить отдельно от крутящего момента, поскольку она от него зависит. Крутящий момент показывает ту мощность, которая будет видна при нажатии педали газа при обгоне. Чем больше момента, тем лучше динамика автомобиля. Мощность просто влияет на максимальную скорость машины.
Чем отличается крутящий момент для бензинового и дизельного мотора
Бензиновые двигатели не отличаются существенными показателями КМ по сравнению с дизельными. Их максимум приходится как раз таки на средние обороты и составляет приблизительно 3-4,5 тыс. оборотов. Но, бензиновый двигатель способен раскрутиться и до 7-8 тыс. об./мин., тогда мощность будет зависеть от оборотов. Дизель имеет скромный диапазон оборотов 5 тыс. в минуту, потому в схожих ситуациях заметно проигрывает бензиновому.
Ещё раз повторю: максимальная мощность требуется для достижения скорости, а крутящий момент именно определяет её. Целесообразно вспомнить курс теоретической механики. В нём указано, что если достигнут максимальный крутящий момент, то частота вращения снижается. Но, описанные правила не как не меняют будни и применимы только для гонок по трассе и используются для машин спорт-класса. Там бензиновый двигатель даст фору дизельному, именно пользуясь КМ. В тоже время последний имеет большую тягу даже с холостого хода и легко возьмёт груз под горку. Высокий КПД, мощная тяга и эффективное расходование топлива с лихвой уравнивают дизели с бензиновыми моторами как по мощности, так и скоростным показателям.
Почему крутящий момент падает? Действительно, он нарастает мгновенно, а потом снижается. Связано это с подачей свежей смеси в цилиндры.
В последние годы электродвигатели становятся более популярными, но принцип их работы совершенно другой. Если их крутящий момент будет ниже, то мощность возрастёт. Этим и объясняется популярность гибридов, где крутящий момент электродвигателя будет максимальным.
Рассмотрим пример. Были проведены теста 2-х моторов Audi: дизельного 2 л, мощностью 140 л.с., КМ 320 Н·м и бензинового 2 л, 150 л.с., КМ 200 Н·м. После тестов выяснилось, что дизель почти на 40 л. с. мощнее, чем бензиновый мотор. Поэтому при выборе авто не всегда стоит смотреть только на количество лошадок. Ведь машина с более высоким крутящим моментом может показать себя гораздо динамичнее.
Самый лучший показатель качества отдачи автомобильного мотора – это его эластичность, то есть насколько хорошо он набирает обороты под нагрузкой. К примеру, это разгон от 60 до 100 км/ч на 4 передаче, либо с 80 до 120 км/ч на 5-й. Это стандартные тесты в автомобильной промышленности.
Посмотрите интересное видео по теме:
Крутящий момент двигателя автомобиля это особый термин, включающий в себя произведение силы, приложенной к плечу рычага. Эта величина непостоянная, она изменяется в ньютонах, а плечо в метрах. Величина измерения это 1 Н·м, равный 1 Н при воздействии на рычаг в 1 м.
Разобраться с описываемыми понятиями можно, если рассмотреть другие термины, такие как мощность двигателя и обороты, которые совершает вал. После прочтения статьи, думаю, у вас не будет вопросов о том, что такое лошадиные силы и что именно они отображают, а также понятно значение крутящего момента для автомобиля.