8-900-374-94-44
Многие уверены, что главной характеристикой двигателя автомобиля является мощность, которая обычно измеряется в лошадиных силах (на самом деле — в ваттах, но применительно к машинам часто используют «лошадей»). Но ведь есть еще такая характеристика как крутящий момент.
adv.rbc.ru
Крутящий момент – это векторная величина, определяемая как произведение радиус-вектора точки приложения силы и вектора силы. В простейшем случае – это произведение прикладываемой силы на плечо рычага, к которому она прикладывается. Единица измерения у крутящего момента – соответствующая: ньютоны на метры (Н∙м).
Звучит сложно, но попытаемся объяснить на простом примере. Представьте себе механическую мясорубку, которую нужно крутить за ручку.
Так вот, в ней прикладываемая сила – это та сила, с которой вы крутите ручку. А плечо – это сама ручка. И чем она длиннее, тем выше крутящий момент при тех же ваших усилиях.
Как это всё относится к двигателю автомобиля? Очень просто. В моторе сила давления сгорающей смеси бензина и воздуха передаётся через поршень на кривошипно-шатунный механизм. Сила «берётся» из сгорания топлива, а в качестве рычага выступают детали механизма.
Крутящий момент характеризует «итоговую» тягу двигателя. Он говорит «насколько двигатель сильный», какую силу тяги может создавать. При этом надо понимать, что на колёса крутящий момент доходит уже изменённым, ведь шины связаны с мотором не напрямую, а через трансмиссию, в которой момент изменяется в зависимости от передаточного соотношения.
Крутящий момент — величина не постоянная. Момент изменяется вместе с количеством поступающей в цилиндр смеси и оборотами двигателями. Поэтому для оценки возможностей двигателя обычно используют график крутящего момента, который иллюстрирует его зависимость от оборотов.
Особенность двигателей внутреннего сгорания в том, что с ростом оборотов крутящий момент рано или поздно начинает снижаться (Фото: Shutterstock)
Чем большее усилие развивает двигатель — тем лучше автомобиль разгоняется. Поэтому максимальное ускорение получается на тех оборотах, при которых момент достигает пиковых значений.
Но особенность двигателей внутреннего сгорания в том, что с ростом оборотов крутящий момент рано или поздно начинает снижаться. Решить эту проблему помогает коробка передач: при разгоне мы включаем нужную передачу, поддерживая обороты на оптимальном уровне. И поэтому так важно, чтобы двигатель на как можно большем промежутке оборотов выдавал максимальную тягу.
Но что важнее? Крутящий момент или мощность двигателя? Чтобы ответить на этот вопрос, сначала нужно понять, что такое вообще мощность.
С точки зрения физики мощность получается путём деления совершенной работы на время, за которое работа совершилась. То есть, эта характеристика показывает не «что было сделано», а «что было сделано за определённое время». Например, перенести из пункта А в пункт Б десять ящиков можно за пять минут, а можно за сорок. Выполненная работа будет одинакова. А вот мощность — нет.
Применительно к автомобильному двигателю мощность тоже является такой же «оценочной» характеристикой. При этом, можно сказать, что работой двигателя, по сути, является… крутящий момент. Ведь работа мотора — это крутить коленвал. Следовательно, крутящий момент и мощность — величины взаимосвязанные.
Вернемся к воображаемой мясорубке. Длинная ручка обеспечивает высокий крутящий момент, то есть вы можете прокручивать, например, не обычное мясо, а замороженное. Допустим, за один оборот сквозь мясорубку проходит 10 граммов такого мяса, а если у вас получится делать 100 оборотов в минуту — на выходе получится килограмм фарша.
В автомобилях мощность мотора равняется его крутящему моменту на данных оборотах в минуту, умноженному на число этих оборотов и разделённому на определённый коэффициент. Она показывает «суммарное количество» крутящего момента, то есть, работы, совершённой двигателем за определённое время. Чем больше момент, «сила кручения» — тем больше мощность.
Часто на графике отображаются сразу две линии: одна обозначает момент, а другая — мощность. (Фото: drive2.ru)
Отметим, что как для крутящего момента, так и для мощности существуют графики, демонстрирующие зависимость от числа оборотов. Более того, часто на графике отображаются сразу две линии: одна обозначает момент, а другая — мощность.
Вот и получается, что вопрос о том, что из этих показателей важнее — не совсем корректен. Во-первых, они взаимосвязаны. А, во-вторых, значение имеют не только сами эти показатели, но и обороты.
Какой двигатель обладает большим крутящим моментом — бензиновый или дизельный? Как правило, у дизеля крутящий момент заметно выше, чем у аналогичного бензинового мотора. Причём на низких оборотах эта разница наиболее значительна. Дизель развивает хорошую тягу «сразу», чуть ли не с холостых оборотов. А бензиновый должен сперва раскрутиться.
Максимальное ускорение получается на тех оборотах, при которых момент достигает пиковых значений (Фото: Shutterstock)
С другой стороны, у дизельных двигателей в силу особенности конструкции меньше рабочий диапазон оборотов: когда при разгоне бензиновый двигатель продолжает раскручиваться, дизельный уже требует перехода на высшую передачу.
Значит ли это, что дизель со своим большим крутящим моментом подходит только ля грузовиков и внедорожников? Когда-то многие были в этом уверены.
Однако современные дизельные двигатели отлично ведут себя на быстрых спортивных автомобилях.
Похоже, что здесь ничего нет…Может, попробуете воспользоваться поиском?
Искать:
1 ТС (менее 1.8 кН)
0.2 ТС (1.8-5.4 кН)
0.6 ТС (5.4-8.1 кН)
0.9 ТС (8.1-12.6 кН)
1.4 ТС (12.6-18.0 кН)
2 ТС (18.0-27.0 кН)
3 ТС (27.0-36.0 кН)
3 класс
4 ТС (36.0-45.0 кН)
4 класс
5 ТС (45.0-54.0 кН)
5 класс
6 ТС (54.0-72.0)
6 класс
8 ТС (72.0-108.0 кН)
10 ТС (100 кН)
15 ТС (150 кН)
20 (200 кН)
25 ТС (250 кН)
35 ТС (350 кН)
50 ТС (500 кН)
Группа 1 (до 6.3 т)
Группа 2 (6.3-10 т)
Группа 3 (10-18 т)
Группа 4 (18-32 т)
Группа 5 (32-50 т)
Гусеничные
Класс 14-40 «Легкие»
Класс 60-150 «Средние»
Класс 250-350 «Тяжелые»
Класс 500-1000 «Сверхтяжелые»
Колесные 4К2
Колесные 4К4
Легкие (0.5-2 т)
Лесопромышленные
Малогабаритные
Общего назначения
Промышленные
Сельскохозяйственные
Специального назначения
Средние (2-4 т)
Тяжелые (4-10 т)
Универсально-пропашные
Энергонасыщенные
слайдер Крутящий момент — это крутящая сила, которая говорит о вращательной силе двигателя и измеряет, какая часть этой крутящей силы доступна, когда двигатель работает.
Крутящий момент присутствует в повседневных делах, таких как нажатие дверной ручки, открытие бутылки содовой, использование гаечного ключа или вращение педалей на велосипеде. Это крутящий момент, который выполняет свою работу!
Давайте разберем это дальше. Представьте, что вы затягиваете болт с помощью гаечного ключа. Вы приложите некоторое усилие к концу ключа, которое будет передано болту на другом конце. Это прикладывает к болту крутящий момент или силу скручивания.
Хотя мощность просто измеряется в лошадиных силах, крутящий момент обычно измеряется в фунтах на фут (фунт-фут).
Вот как это работает: если мы продолжим наш пример с гаечным ключом, и вы представите, что используете специальный гаечный ключ длиной в один фут для затягивания болта. Приложение силы в один фунт к концу этого гаечного ключа длиной в один фут оказывает крутящий момент в один фунт-фут на болт. Увеличить крутящий момент можно, добавив больший вес или используя более длинный ключ.
Кольцевые гайки, которыми колеса крепятся к вашему автомобилю, обычно необходимо затягивать с крутящим моментом около 100 фунтов на фут — это означает, что оператор должен приложить усилие в 100 фунтов к концу гаечного ключа длиной в фут.
Как работает крутящий момент в автомобилеВсе двигатели, будь то бензиновые или гибридные, генерируют определенное количество лошадиных сил и крутящего момента. Они связаны друг с другом и по-разному выражают мощность двигателя. Крутящий момент используется даже 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 фунто-футов. Этот крутящий момент создается поршнями внутри двигателя, когда они совершают возвратно-поступательные движения вверх и вниз по коленчатому 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, в том числе размера двигателя и его конструкции.
Проще говоря, чем больше крутящий момент у двигателя, тем лучше он подходит для тяжелых работ, таких как буксировка, буксировка или преодоление крутых подъемов. 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 разницаМощность и крутящий момент — это разные способы выражения характеристик двигателя автомобиля.
Что такое лошадиная сила? Лошадиная сила передает общую способность двигателя в любых условиях. И наоборот, выходной крутящий момент передает пиковую мощность, доступную этому двигателю, в определенный момент, когда он выполняет свою самую тяжелую работу.
Для иллюстрации давайте представим, что вы покупаете новую стереосистему.
Вы могли бы рассмотреть, насколько громко звучит стерео. Максимально возможная громкость прослушивания для продолжительного воспроизведения подобна мощности двигателя: хороший показатель того, какой мощностью обладает эта стереосистема.
Теперь рассмотрим бас стереосистемы. Бас — это часть прослушивания, которая играет на максимальной громкости (в лошадиных силах), хотя бас, скорее всего, будет оцениваться по его пиковому уровню «напора», созданному на короткий момент.
Таким образом, мощность в лошадиных силах подобна громкости стереосистемы, а крутящий момент подобен басу: оба атрибута стоит знать, и для определенных типов музыки (или транспортных средств) один может быть важнее другого.
Основные различия между лошадиными силами и крутящим моментом Мощность в лошадиных силах определяет общую производительность двигателя. Крутящий момент обеспечивает простое измерение максимального крутящего усилия, которое двигатель может создать при интенсивной 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 автомобиля Toyota Tundra имеет мощность 381 л.с. и крутящий момент в 401 фунт-фут. Такой высокий уровень крутящего момента дает водителям широкие возможности для выполнения сложных работ, таких как буксировка, транспортировка и преодоление крутых подъемов.
И наоборот, Toyota Corolla Hatchback оснащен четырехцилиндровым двигателем Dynamic Force мощностью 168 лошадиных сил и крутящим моментом 151 фунт-фут. В этом автомобиле нет необходимости в высоком крутящем моменте, а экономия топлива является приоритетом, поэтому мощность и крутящий момент устанавливаются инженерами так, чтобы сбалансировать приятную производительность с отличной топливной экономичностью.
Наконец, рассмотрим гибридный автомобиль, в котором используется бензиновый двигатель, усиленный электродвигателем.
Электрические двигатели являются суперзвездами крутящего момента, поскольку они мгновенно обеспечивают полный крутящий момент. Вы увидите это в следующий раз, когда будете использовать блендер: как только вы включите его, его электродвигатель немедленно и без ожидания приложит максимальный крутящий момент к вращающимся лезвиям.
Именно такой мгновенный и мощный выходной крутящий момент помогает гибридным автомобилям, таким как Toyota Prius , Corolla Hybrid и RAV4 Hybrid , обеспечивать снижение расхода топлива и повышение производительности.
Что лучше? Вот как можно подавить эти дебаты в барах.
Йоги Берра, никогда не останавливавшийся на деталях двигателя, пришел бы к выводу, что крутящий момент и мощность — это одно и то же, только разные. На самом деле, это упрощение частично верно.
Крутящий момент и мощность — это то, что производят двигатели, когда вы поворачиваете ключ и нажимаете на педаль акселератора.
Воздух и топливо, воспламеняющиеся в камерах сгорания, заставляют коленчатый вал, трансмиссию и ведущие оси вращаться. Это чудо преобразования энергии: потенциальная энергия, содержащаяся в галлоне переработанного динозавра, эффективно преобразуется в кинетическую энергию, необходимую для движения.
Копнув глубже, рассмотрите следующие определения из учебника:
Энергия — это способность выполнять работу. В этом случае двигатели выполняют тяжелую работу (работу), которую раньше выполняли лошади.
Работа является результатом действия силы на некотором расстоянии. Американская единица измерения работы (а также энергии) — футо-фунты. В Международной системе (СИ) работа измеряется в джоулях и, в редких случаях, в ньютон-метрах.
Крутящий момент — вращающая сила, создаваемая коленчатым валом двигателя. Чем больше крутящий момент выдает двигатель, тем больше его способность выполнять работу.
Измерение такое же, как и работа, но немного другое. Поскольку крутящий момент представляет собой вектор (действующий в определенном направлении), он измеряется в фунтах-футах и ньютон-метрах.
Конечно, всегда есть исключение. В этом случае разница составляет статический крутящий момент , который вы применяете с помощью гаечного ключа, чтобы затянуть болты с головкой. Во избежание путаницы единицами измерения статического крутящего момента традиционно являются футо-фунты. Наоборот, система СИ использует ньютон-метры как для статических, так и для динамических измерений крутящего момента.
Мощность — это скорость выполнения работы. Шотландский изобретатель восемнадцатого века Джеймс Уатт дал нам эту удобную эквивалентность: одна лошадиная сила — это мощность, необходимая для того, чтобы поднять 33 000 фунтов ровно на один фут за одну минуту. В честь этого вклада единицей измерения мощности в системе СИ является киловатт.
Вернемся к теореме Берра. Крутящий момент — это способность выполнять работу, а мощность — это то, насколько быстро может быть выполнена какая-либо напряженная задача. Другими словами, мощность — это скорость выполнения работы (или приложения крутящего момента) за заданный промежуток времени. Математически мощность 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 — скорость вращения двигателя, а 5252 — константа, заставляющая единицы измерения колебаться. Таким образом, чтобы увеличить мощность, двигатель должен генерировать больший крутящий момент, работать на более высоких оборотах или и то, и другое.
В то время как миниатюрные определения отлично подходят для учебников, их применение к реальным двигателям — совсем другое дело. Одна из проблем заключается в том, что у каждого автомобильного двигателя есть рабочий диапазон от холостого хода до красной черты.
Например, 6,2-литровый V-8 Hellcat Dodge Challenger выдает 707 лошадиных сил ТОЛЬКО при 6000 об/мин. Он производит значительно меньше мощности на холостом ходу (достаточно только для вращения вспомогательного оборудования с приводом от двигателя) и чуть менее 700 лошадиных сил при красной черте 6200 об / мин. И он развивает свой максимальный крутящий момент в 650 фунт-футов ТОЛЬКО при 4000 об/мин.
Другой проблемой является точное определение мощности и крутящего момента вращающегося коленчатого вала. Инструментом для этой задачи является динамометр двигателя. Хотя это слово означает «устройство измерения мощности», на практике измеряются крутящий момент и число оборотов двигателя, а его мощность рассчитывается по приведенной выше формуле.
Вихретоковые динамометры используют магнитное поле для передачи крутящего момента от вращающегося коленчатого вала к подшипнику рычага против датчика статической силы (известного как тензодатчик), расположенного на точном расстоянии от центра кривошипа.
Другой широко используемый тип динамометра — водяной тормоз; он использует один вращающийся и один статический набор лопастей насоса для передачи крутящего момента коленчатого вала через плечо рычага на тензодатчик.
Идеальный двигатель развивает достаточный крутящий момент на низких оборотах и поддерживает его до красной отметки. Величина создаваемого крутящего момента прямо пропорциональна количеству воздуха, проходящего через двигатель. Большие двигатели перекачивают больше воздуха и, следовательно, создают больший крутящий момент. Бустеры — нагнетатели, турбокомпрессоры — подают дополнительный воздух, чтобы помочь маленьким двигателям действовать большими. Конечно, в камеры сгорания должно подаваться соответствующее количество топлива, но это несложно, особенно при впрыске с электронным управлением.
Чтобы облегчить впрыск нужного количества топлива, конструкторы двигателей сталкиваются с рядом сложных задач. Один из них — сделать все компоненты достаточно прочными, чтобы выдерживать нагрузки, которым они подвергаются из-за давления сгорания, а в случае движущихся частей — из-за собственной инерции.
Потребности в охлаждении и смазке примерно пропорциональны производимой мощности. А нагнетание воздуха в любой двигатель, через него и из него на сверхвысоких оборотах — это то, где инженерное дело становится искусством. Учтите топливную экономичность и чистоту выхлопа в уравнении разработки, и станет ясно, почему волшебники по двигателю редко тусуются у охладителя воды.
К этому моменту обсуждения должно быть ясно, что крутящий момент и лошадиная сила 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 перед автолюбителями в частности: что лучше?
Мы ответим так, как это оценил бы Йоги Берра. В бейсбольной игре, если крутящий момент аналогичен кетчеру, то лошадиная сила — это питчер. И то, и другое необходимо для игры в мяч, но обязанности питчера — определение скорости и траектории каждого брошенного мяча — определяют игру.