Крутний момент двигуна: що це таке і як він впливає на роботу вашого двигуна

Коли ми бачимо рекламу своїх автомобілів різних брендів у засобах масової інформації, ми бачимо, що на технічному рівні вони зазвичай показують низку цифр, пов’язаних із швидкістю, споживанням, прискоренням... коротше кажучи, деякі холодні цифри що високий відсоток водіїв ніколи не зможе зрівнятися. Однак існує фізичний факт, який подобається всім водіям, який рідко оприлюднюється і якому нещодавно надавалося певного значення: номінальний двигун.

Не так давно, коли автомобілі ще не зазнали нинішньої ескалації потужності, в реприза автомобіля як його здатність набирати швидкість. Хоча це популярне твердження є правильним, коли йдеться про тлумачення того, що таке reprís зрозуміти, що таке крутний момент він трохи недотягує або скоріше неточний

Що таке крутний момент?

Крутний момент двигуна, також відомий як крутний момент, це a фізична величина, яка вимірює момент сили, прикладеної до осі, що обертається навколо себе з певною швидкістю. Застосовуючи до автомобільного світу та пояснюючи таким чином, щоб ми всі могли зрозуміти, це можна визначити як сила, необхідна для обертання колінчастого вала двигуна і, отже, бути здатним передавати зазначений рух решті механічних елементів, необхідних для переміщення транспортного засобу.

І тут ми спостерігаємо першу різницю між дійсністю та звичаєм; Коли ми посилаємося на крутний момент двигуна для вираження здатності автомобіля до прискорення, ми насправді не визначаємо, що таке крутний момент двигуна, ми лише описуємо одне з його застосувань. Це тому, що крутний момент двигуна вимірює потужність, необхідну для того, щоб двигун здійснив певну кількість обертів, але не враховує додаткову потужність, яку необхідно застосувати для зміни кутової швидкості вала або колінчастого вала.

Трохи фізики для пояснення крутного моменту

Щоб пояснити вам, що таке крутний момент двигуна, втікаючи від фізичних принципів, я поясню функцію колінчастого вала та сили, які діють на нього.

Виробляє теплова машина потужність в циліндрах. Зокрема, це в камери згоряння де відбувається вибух паливно-повітряної суміші. Саме енергія, що виділяється під час цього вибуху, створює лінійний рух, штовхаючи поршень у напрямку, протилежному до руху головки двигуна. Поршні різних циліндрів прикріплені до колінчастий вал для шатуни і саме в їх об’єднанні з колінчастим валом трансформується лінійний рух обертальний рух.

У цьому місці варто згадати виняткову конструкцію роторні двигуни, в якому круглі камери «циліндрів» безпосередньо оточують центральну вісь, яка обертається навколо себе під впливом вибухів, що відбуваються в камерах, так що в цьому випадку обертальний рух. У будь-якому випадку, фізичні принципи, які діють щодо крутного моменту двигуна, однакові.

Навіть не вдаючись у надмірне дослідження, щоб спростити ідею перетворення енергії, можна сказати, що обертові блоки генерують крутний момент замість потужності. Вірити цьому не можна, тому що ні камери, ні ротор роторних двигунів не є точно круглими, і запалювання палива відбувається в частині камери, на відміну від звичайних циліндрових двигунів, у яких паливно-повітряна суміш займає весь об’єм. .

Повертаючись до фізичного пояснення, сила дії поршня на колінчастий вал непостійна протягом усього процесу розширення. Це пояснюється тим, що в кожному циліндрі максимальна потужність генерується в момент займання палива. І з цими моментами максимальної потужності приходять моменти максимального крутного моменту.

Затримку між моментом, коли в циліндрі генерується максимальна потужність, і максимальною потужністю, що подається на колінчастий вал, непросто обчислити. Це пояснюється тим, що поршні не здійснюють чисто лінійний рух, а, скоріше, оскільки колінчастий вал також не повністю прямий, вони здійснюють рух, який поєднує лінійний ефект поршня з круговим ефектом підшипників шатуна.

Однак ці моменти максимальної потужності і максимального крутного моменту мають велике значення з точки зору сприйняття плавності в роботі двигуна.

Чим більше циліндрів має транспортний засіб, тим більше разів на хвилину буде існувати момент максимальної сили і більш однорідним буде сприйняття водієм плавної роботи двигуна.

Це пов'язано з тим, що в 2-циліндровому двигуні буде один момент максимальної сили кожні 360º повороту колінчастого вала, у трициліндровому двигуні це буде відбуватися кожні 240º, в одному з шести кожні 120º і так далі. Звичайно, це слід сприймати як чисту теорію, оскільки сьогодні виробники прагнуть зробити свої двигуни максимально плавними з точки зору їх роботи.

Цей фактор також впливає на те, що на холостому ході двигун створює більше вібрацій і що вони також більш помітні: при 1.000 обертах за хвилину моментів максимальної сили вдвічі менше, ніж при 2.000 обертах. Наприклад, починаючи з середньої швидкості холостого ходу 850 обертів на хвилину, трициліндровий двигун створюватиме менше десяти моментів сили в секунду, тоді як шестициліндровий блок створюватиме майже двадцять.

Якщо взяти до уваги, що «нормальна» людина, яка стикається з переривчастою силою безперервного прикладання, краще розпізнає інтервали більше десятої частки секунди, ніж ті, що менше, ось банальне пояснення, за яким широка публіка розпізнає вібрації двигуни двох або трьох циліндрів: тому що інтервал між моментами максимуму поза більше десятої частки секунди.

Який крутний момент забезпечує ваш двигун?

У багатьох публікаціях про автомобільний світ зазвичай вимірюють крутний момент, який «видає» двигун автомобіля. Це твердження, за визначенням, невірне, якщо ми розуміємо, що пара є a прикладена сила і не один результуюча сила. Однак також завдяки фізичному принципу дії-реакції, коли момент сили прикладається до осі, яка обертається навколо себе, інший момент сили автоматично генерується з тією ж інтенсивністю та напрямком, але в протилежному напрямку до початкового (Третій закон Ньютона).

Як розрахувати крутний момент двигуна – навантаження двигуна

Момент двигуна можна виміряти, але його розрахунок надзвичайно складний і майже неможливий для смертних, тому легше залишити це професіоналам, які вміють працювати з сучасними машинами та дуже складними комп’ютерними програмами, хоча на перший погляд ми бачимо лише роликовий банк.

Як випливає з його визначення, в двигуні внутрішнього згоряння крутний момент є змінною яка залежить від потужності, що виробляється в камерах циліндрів, і кількості обертів, на яких двигун обертається в цей конкретний момент, тому її значення можна розрахувати за формулою P = T · ω, де P — потужність, виражена у ватах або ватах. , T — крутний момент, виражений у ньютон-метрах, а ω — радіальна швидкість обертання, виражена в радіанах на секунду.

Однак існують інші фактори, які впливають на теоретичні значення, які можна отримати від прямого застосування формули, наприклад внутрішнє тертя двигуна. Це внутрішнє тертя означає, що частина енергії, отриманої двигуном, не може бути використана ззовні, а скоріше «втрачається» в тому самому процесі руху двигуна, як правило, у вигляді тепла. Пам'ятайте, що енергія не створюється, не створюється і не знищується, вона лише перетворюється.

Також є зовнішні фактори що може вплинути на потужність, вироблену двигуном, навіть у ситуаціях, які можна внутрішньо порівняти. Наприклад, той самий двигун, що обертається з постійною швидкістю 2.000 обертів на хвилину, вироблятиме більше потужності під час руху по рівній дорозі, ніж під час спуску з гори. Хоча число обертів є постійним, а отже, і кутова швидкість колінчастого вала, різне значення потужності, що генерується в кожен момент, також перетворюється на різне значення крутного моменту, прикладеного до колінчастого вала.

Багато з вас будуть дивуватися, як це може бути, і пояснення дуже просте. Як ми всі знаємо, рух генерується завдяки запалюванню стехіометрична суміш паливо-повітря в камерах циліндрів, і якщо потрібна менша потужність, рішенням є впорскування суміші, яка є біднішою на паливо та багатшою на повітря. Це також причина, чому комп’ютери в наших автомобілях відзначають нижче або навіть нульове миттєве споживання, коли ми опускаємо порт.

Усі ці параметри, які змінюють роботу та теоретичні результати механізму, називаються навантаження на двигун, який можна визначити як величину крутного моменту, який повинен створювати двигун, щоб подолати опори, які протидіють його руху.

Як ми бачили, навантаження двигуна залежить як від внутрішніх причин двигуна, таких як тертя його різних рухомих частин, так і від зовнішніх факторів, таких як тертя шин або власна аеродинаміка автомобіля. Я навів ці два приклади, які абсолютно не стосуються механіки транспортного засобу, оскільки в обох випадках вони створюють сили, які є протилежними та постійно змінними щодо руху транспортного засобу, що також має наслідки для значення навантаження двигуна також буде параметром постійно змінна.

Навантаження двигуна також дуже чітко впливає на нас під час водіння, що цінують усі водії. Якщо ми продовжимо той самий приклад транспортного засобу, що рухається з постійною швидкістю та постійною частотою обертання двигуна, чому автомобілю важче набирати швидкість на ділянці вгору, ніж на ділянці вниз? Ну, через варіацію навантаження двигуна.

Знову входячи в теоретичний світ, коли автомобіль рухається з постійною швидкістю по рівній дорозі, він має дві зовнішні сили, які протистоять його руху: аеродинаміка і опір. Коли транспортний засіб починає обертатися на підйомній ділянці, якщо ми підтримуємо швидкість постійною, ми можемо вважати, що аеродинамічна сила, протилежна руху, зберігається, але тертя змінюється в тому сенсі, що це гравітаційна сила і в момент коли транспортний засіб починає підніматися, з’явиться частина тертя, яка «тягне» автомобіль назад.

Якщо ми хочемо обертатися дуже тонко, ми також можемо включити в гру кінетична енергія і потенціальна енергія. Кінетична енергія залежить від маси та швидкості автомобіля, а потенціальна — від маси та висоти. Зі збільшенням висоти за принципом збереження енергії кінетична енергія буде перетворюватися на потенційну.

У цьому випадку дорога в гору, додавши набір зовнішніх сил, які протидіють руху, ми можемо сказати, що навантаження двигуна збільшується, і, отже, кількість «корисного» крутного моменту двигуна зменшується, і можна спостерігати кілька ситуацій:

• Якщо ми хочемо підтримувати постійне обертання двигуна ми повинні вимагати більшої потужності, сильніше натискаючи на дросель, щоб впорснути багатшу суміш палива в камери циліндрів.
• Якщо нахил дороги збільшується, може настати час, коли транспортний засіб почне рухатися втратити швидкість. Це пов’язано з тим, що навантаження двигуна (сили, що протидіють руху) перевищують крутний момент, який може бути створений у двигуні (позитивні сили руху).

• залишаючись постійна потужність і крутний моменті збільшення навантаження на двигун, менше потужності буде доступно для збільшення швидкості автомобіля, оскільки прискорення пропорційне прикладеній силі: менша потужність означає меншу потужність прискорення.

Момент двигуна і коробка передач

Однак фізика також здатна змінювати поведінку тіл, що піддаються різним силам, і у випадку колінчастого вала двигуна нашого автомобіля, можна сказати, що вона здатна посилати крутний момент, який він отримує від циліндрів, до інших частин автомобіля, наприклад коробки передач.

Крутний момент надходить від двигуна до коробки передач у вигляді обертального руху через вхідний вал. Ось чому, коли виробник говорить про свій каталог змін, він завжди говорить про обмеження крутного моменту, а не потужності. Всередині коробки передач є перетворення крутного моменту в тангенціальну силу і назад у крутний момент. Як?

Усередині коробки передач є ряд зубчасті колеса які передають рух один одному просто за допомогою зачеплення зубів один з одним. Ці зубчасті коронки, які вказують на кількість передач у коробці передач, мають різний розмір або «передавальне число», тому іноді можна прочитати, що коробка передач має x швидкостей або x відношень; те ж саме.

У будь-якому випадку цей різний розмір зубчастих вінців змінює вхідний і вихідний крутний момент також залежно від фізичний принцип збереження енергії: Коли два колеса обертаються разом (теоретично), вони зберігають енергію, тому добуток крутного моменту на кутову швидкість має залишатися постійним.

Пояснюючи основний принцип, який впливає на крутний момент, нижчі швидкості мають більші зірочки, ніж зірочки вищих передач, і його фізичну логіку дуже легко зрозуміти на прикладі, оскільки це те, що сприймають і знають усі водії. скористайтеся перевагою, тому ми продовжуємо з та сама машина, що обертається зі швидкістю 2.000 обертів на хвилину, створюючи постійну потужність і крутний момент.

Пов'язана стаття:

Автоматичні зміни: види, принцип роботи та характеристики

циркулює в перша передача, вхідний вхідний вал крутить коробку передач із заданою кутовою швидкістю, але знаходиться в передачах. більша кільцева шестерня який буде обертатися з меншою швидкістю, ніж вхідний вал. Оскільки потужність у передачах залишається постійною, Зі зменшенням кутової швидкості обертання крутний момент зростає..

Якщо, з іншого боку, ми циркулюємо на найвищій передачі, коли вінець навіть менший, ніж у первинного вхідного вала, станеться якраз навпаки: вінець найвищої передачі обертатиметься швидше, і, отже, вихідний крутний момент буде зменшити..

Ця зміна крутного моменту в умовах теоретичної сталості як ефективності блоку, так і навантаження двигуна відповідає за різну поведінку, яку можна спостерігати в автомобілі під час набору швидкості. Тому що всі знають, що при їзді з постійною швидкістю легше збільшити оберти двигуна на низькій передачі, ніж на довгій, навіть якщо потужність і крутний момент, що генеруються двигуном, однакові.

Причина в тому на вищій передачі менше крутного моменту досягає ведучих коліс. Причина в тому, що при однакових обертах шини обертатимуться швидше, чим вище передача. Ось чому іноді ми можемо піднятися на досить крутий пандус на першій передачі зі швидкістю 1.500 обертів на хвилину, а іноді, їдучи на 5-й або 6-й, найменший ухил змушує нас знизити передачу, щоб не втратити швидкість, навіть якщо ми їдемо на вищій швидкості. режим революц.

Логічно, що ми знову знаходимося в теоретичному світі, тому що на практиці зі збільшенням швидкості аеродинамічна сила, яка сповільнює автомобіль, також збільшується. втрати енергії наприклад, через більший нагрів шин... Коротше кажучи, ряд зовнішніх агентів, які створюють сили, протилежні руху, і які просто варті того, щоб вони звучали вам трохи знайомо, щоб краще зрозуміти крутний момент двигуна.

Крутний момент в електродвигунах

Як і в роторних двигунах, електродвигуни генерувати безпосередньо обертальний рух і, отже, крутний момент замість потужності, що розуміється як така. Це пояснюється тим, що принцип роботи електродвигуна заснований на a основний принцип магнетизму при цьому заряди одного знака відштовхуються, а заряди протилежного знака притягуються.

La конструктивна основа електродвигуна, пояснюючи приблизно, як намагнічений циліндр, який перетинає ротор, який обертається сам завдяки постійним змінам навантаження зовнішнього циліндра. Найпростішим прикладом може бути компас: якщо його не торкатися, він вказує на магнітну північ від Землі, але якщо ми наблизимо магніт і змусимо його обертатися круговими рухами навколо компаса, його стрілка обертатиметься сама. зі швидкістю, з якою ми рухаємо магніт.

Існує принципова різниця, коли йдеться про якість отримана пара: es CASI постійна. У той час як у тепловому двигуні величина крутного моменту може змінюватися залежно від кількості обертів, з якими обертається блок, в електродвигуні крутний момент CASI постійний. Це пов'язано з основним принципом їх дії типи двигунів і технології, що застосовуються сьогодні.

Як я вже згадував, обертання ротора електродвигуна відбувається завдяки безперервне зміщення статора яке стає невеликим магнітним полем здатний обертати ротор чергуванням сил притягання та сил відштовхування, і саме в цей момент сучасні технічні досягнення дозволяють силам тяжіння, що виникають у роторі, мати майже постійний максимальний крутний момент.

Крутний момент електродвигуна проти термічний крутний момент двигуна

Я прокоментував, що пара CASI постійний для дуже конкретної деталі, і це певним чином пояснює обмеження електромобілів на автомагістралях або дорогах із подвійним рухом, а також їхні переваги в міському русі. На відміну від теплового двигуна, електродвигуни генерують момент двигуна від початку обертання і вони зберігають його постійним до досягнення максимального рівня потужності, після чого показник крутного моменту падає. Наведу приклад BMW i3 забезпечує максимальну потужність 170cv і максимальний крутний момент 250Нм, але давайте подивимося, як він розподілений:

• Електродвигун BMW i3 забезпечує постійний крутний момент 250 Нм від майже 0 обертів двигуна до приблизно 4.500 обертів двигуна за хвилину.
• У цьому інтервалі від 0 до 4.500 обертів на хвилину потужність зростає від 0 до 170 кінських сил (127 кВт).
• Починаючи з 4.500 обертів на хвилину, як крутний момент, так і потужність починають зменшуватися.
• При 8.000 обертах на хвилину двигун BMW i3 пропонує приблизно 150 кінських сил і крутний момент 125 Нм.

Як можна прочитати ці цифри? Що ж, у випадку з двигуном BMW i3 можна сказати, що він оснащений дуже життєрадісним двигуном до 4.500 об/хв, що робить цей автомобіль дуже швидкий на розгін на низькій швидкості. Фактично, він досягає 100 км/год з місця всього за 7 секунди, що дозволяє йому випробувати себе віч-на-віч з BMW 120i.

Проте, від 4.500 оборотів І потужність, і крутний момент починають зменшуватися, що негативно впливає як на здатність до прискорення, так і на споживання, яке може подвоїтися порівняно із затвердженими показниками. Ось чому багато електромобілів мають a Режим «ЕКО». що обмежує його максимальну швидкість 90 або 100 км/год, саме тоді, коли такий автомобіль, як BMW 120i, міг досягти, зберігаючи постійну швидкість, дуже низьке споживання.

До речі, є ще одна дуже яскрава і цікава перевага автомобілів, оснащених електродвигунами: вони показують менш чутливий до спортивної їзди або міського руху і збільшення споживання енергії не таке виражене, як це було б у транспортному засобі з еквівалентним тепловим двигуном. Це тому, що, пропонуючи такий високий і відносно постійний крутний момент, можна сказати, що двигун має легше збільшити швидкість обертання мотора або що вимагає меншого збільшення крутного моменту для збільшення швидкості обертання.

Бензиновий крутний момент проти крутний момент дизеля проти крутний момент наддуву

У цьому розділі небажано затягуватись надто довго, оскільки різниця між крутним моментом, отриманим від блоку, що працює на бензині, та іншого, що працює на дизельному паливі, зумовлена особливості конструкції один одного та виділена енергія запалюванням відповідного палива.

Якщо ми звернемося до класичного прочитання цих цифр, розуміючи як таке порівняння між атмосферними блоками, що живляться ін’єкціями, або що було б більш-менш переходом до 80-тіблоки, що працюють на дизельному паливі, забезпечували більший крутний момент і менші оберти в порівнянні з бензоблоки, але в сучасних очах його рівень потужності може бути навіть смішним.

З цього приводу можна згадати початок статті, де я пояснював, що теоретична потужність транспортного засобу пропорційна крутному моменту та кутовій швидкості обертання. Атмосферний бензиновий автомобіль має а фактичний запас використання приблизно від 1.000 до 5.500 обертів за хвилину, а атмосферний дизель – від 1.000 до 4.000 обертів за хвилину. У реальному світі, практичний запас використання Він коливається від 2.000 до 4.000 обертів за хвилину для бензинових двигунів і від 1.500 до 3.000 обертів для механічних двигунів, що працюють на дизельному паливі.

Якщо ми залишимо одну зі змінних незмінною, наприклад оберт на рівні 2.000 обертів на хвилину, ми отримаємо менше потужності в дизельному двигуні, але в той же час він запропонує нам більший крутний момент. про що це? Ну, все просто, крутний момент двигуна спричинений лінійним рухом поршнів відповідно до займання палива в камерах циліндрів, а потужність, яка генерується залежно від того, бензин чи дизель спалюється, різна. Проте механічне пояснення справедливо для обох випадків.

Електроніка і наддув

Донині те, що я вам щойно пояснив, залишається для пам’яті найбільш ностальгуючих. Фактично, багато хто з вас помітили, що іноді виробники пропонують транспортні засоби з різні показники крутного моменту та потужності, отримані з одного блоку двигуна. Або навіть транспортний засіб, який має a Режим «ЕКО». здатний змінювати ці цифри простим натисканням кнопки, як, наприклад, у випадку з Fiat Panda Cross TwinAir: у звичайному режимі він пропонує 90cv і 145Nm, а в режимі «ECO» він залишається на рівні 78cv і 100Nm.

Це пов'язано з Технічні досягнення і перш за все електроніка, застосована в автомобільному світі. Сьогодні ми вже не дивуємося, коли чуємо про фазовий варіатор для автомобілів з багатоклапанними головками, дизельних і бензинових двигунів з однаковим ступенем стиснення або навіть двигунів із змінним стисненням, але якщо є щось, що стало гігантським кроком у відношенні до показники крутного моменту та потужності автомобіля перегодовування.

Хоча його механічне пояснення може стати дуже складним, основи перегодовування дуже просто: збільште тиск усередині камер циліндрів, щоб збільшити силу, що створюється під час запалювання палива, що робить поршні опускаються з більшою силою і, отже, більший крутний момент досягає колінчастого вала.

Як і очікувалося, його механічна реалізація є дещо складнішою та потребує детального вивчення його правильного розташування всередині капоту автомобіля, нових впускних і випускних колекторів, спеціальних посилень у поршнях, шатунах, колінчастому валу... але основний принцип полягає в тому, щоб збільшити тиск усередині камери циліндра, і це те, що має значення, щоб пов’язати його з крутним моментом двигуна.

Наддув може здійснюватися безпосередньо обертанням двигуна або тиском вихлопних газів. Нині електроніка також дійшла до наддуву та нового Audi SQ7 TDI відбулася прем'єра перший електричний турбо на ринку і результати не можуть бути більш вражаючими: 435cv постійна між 3.750 і 5.000 обертами за хвилину і 900Нм постійна від 1.000 до 3.250 обертів за хвилину.

Пов'язана стаття:

Турбомотор, його плюси і мінуси

Крутний момент вчора і сьогодні

Ще зовсім небагато років тому лише найобізнаніші люди знали, що автомобіль з квадратними циліндрами (діаметр = хід) є найбільш збалансованим для водіння, що якщо хід буде меншим за діаметр, це буде потужний автомобіль, але зі скромним крутним моментом і що якби хід був більшим за діаметр, це було б якраз навпаки, тихіше та з більшим крутним моментом.

У наш час більшість моторів належать до модульні родини, що дозволяє виробникам пропонувати блоки з більшою чи меншою кількістю циліндрів і бензин або дизель з відносною легкістю та мінімальними змінами, варіації крутного моменту та потужності надаються використанням та комбінацією різних технічних та електронних програм, які виробник хоче використовувати.

Незважаючи на все те, що я пояснив у цій статті, реальність перевершує теорію в усіх аспектах. На нинішньому ринку ми можемо знайти шестициліндрові двигуни з потужністю однієї з восьми, трициліндрові двигуни, такі ж плавні або більші, ніж інші чотирициліндрові двигуни подібної потужності, або навіть дизельні двигуни з таким самим ступенем стиснення, як і бензинові, і що Сьогодні все можливо.

La Фундаментальна причина цієї статті полягала в тому, щоб зрозуміло пояснити, що таке крутний момент або крутний момент двигуна, щоб ви могли розпізнати, як це впливає на щоденне водіння, і щоб ви усвідомили, що потужність автомобіля, якщо вона не пов’язана з крутним моментом двигуна, Це не дуже показове значення його поведінки. Сподіваюся, мені це вдалося.