Как сделать крутящий момент больше
TURBO-07rus › Блог › 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.
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.
Eurocode Tuning Russia › Блог › Крутящий момент или мощность – развеиваем мифы
Крутящий момент или мощность – развеиваем мифы.
Приветствуем всех автолюбителей! Ни раз многие из нас сталкивались со спорами что же важнее мощность или крутящий момент. Кто то даже приводит высказывание якобы Генри Форда: «Лошадиные силы продают автомобиль, а крутящий момент выигрывает гонки» Кто то говорит, что крутящий момент влияет на разгон, а мощность на максимальную скорость, а некоторые наоборот считают, что исключительно мощность важна.
В этой статье мы максимально подробно и досконально разберем все аспекты, раз и на всегда закроем десятки мифов и домыслов.
Что такое крутящий момент?
Это произведение силы на плечо рычага, к которому она приложена. Сила измеряется в Ньютонах, а плечо рычага в метрах – Нм. 1 Нм равняется силе в 1 Ньютон, которая приложена к рычагу в 1 метр. 1 килограмм силы (1кгс) равен 9.8 Н.
Нужно понимать, что крутящий момент развивает все, что крутится и к нему прикладывается сила: Вы закручиваете гайки на колесе – наступая на гаечный ключ длинной 40 см (0.4 метра) всем телом 80 кг — создаете крутящий момент 0.4*80=32кг*м или 313.6 Нм.
Велосипедист весом 90кг, давящий всем весом на педаль с рычагом 35 см, развивает 0.35*90 = 31,5 кг*м = 308,7 Нм – Да да, крутящий момент велосипедиста – 300Нм! Как у трехлитрового атмосферного мотора!
Но, прежде чем дать понятие мощности, нужно еще ввести одну переменную – обороты в минуту.
Вернемся к велосипедисту и его 300Нм крутящего момента. Нам нужно понять на каких оборотах он может поддерживать этот момент. Как правило это около 1 вращения педалей в секунду. То есть 60 об/мин. Значит 300Нм при 60 об/мин.
Так же и многие производители указывают характеристики своих ДВС – например 250Нм при 4000об/мин. Но теперь становится не понятно — какой двигатель будет быстрее разгонять автомобиль: у которого 250Нм при 4000 об/мин или у которого 200Нм при 6000 об/мин. Как сравнить?
Очень просто — достаточно привести обороты коленчатого вала к одному знаменателю с помощью редуктора:
250Нм при 4000 об/мин, ставим понижающий вдвое редуктор и получаем 500Нм при 2000 об/мин (обороты понижаются вдвое, крутящий момент возрастает вдвоем, потерей на редукторе пренебрегаем)
200Нм при 6000 об/мин, ставим понижающий втрое редуктор и получаем 600Нм при 2000 Об/мин. Теперь четко можно сравнить эти два мотора:
250Нм при 4000 об/мин — > 500Нм при 2000 об/мин
200Нм при 6000 об/мин — > 600Нм при 2000 об/мин
то есть второй мотор на 20% «мощнее» первого, что на первый взгляд далеко не очевидно. Но не дело же каждый раз заниматься подбором «редукторов», чтобы честно сравнить крутящий момент моторов. Чтобы этим не заниматься и придумали понятие мощности для ДВС.
Итак, мощность для ДВС — это крутящий момент, умноженный на обороты, на которых он достигается, деленный на константу 9550. Результат мы получаем в киловаттах. Для того чтобы сразу получать результат в лошадиных силах нужно 9550 разделить на 1.36 – 7022. Или P(л.с.)=M(Нм)*N(об/мин)/7022.
Посчитаем сразу мощность велосипедиста:
(300Нм*60об/мин)/7022 = 2,56 лошадиные силы при 60 об/мин. Не густо. На деле еще меньше, потому что давить педали полным весом с частотой 1 об/мин не так просто)
Вернемся к нашим ДВС:
250Нм при 4000 об/мин – (250*4000)/7022 = 142.2 л.с.
200Нм при 6000 об/ мин – (200*6000)/7022 = 170.8 лс.
Это означает, что двигатель с бОльшей максимальной мощностью будет иметь и бОльший крутящий момент, при уравнивании частоты вращения выходного вала. Это аксиома.
Для закрепления приведем пример дизельного двигателя трактора (700Нм при 1300об/мин) и мотоцикла (110Нм при 13000об/мин):
(700Нм*1300 об/мин)/7022 = 129.5 л.с. — трактор
(110Нм*13000 об/мин)/7022 = 203 л.с. — мотоцикл.
На всякий случай проверим с помощью старой схемы с редукторами — поставим понижающий в 10 раз редуктор на мотоцикл — 110Нм при 13000об/мин превратятся в 1100Нм при 1300об/мин — крутящий будет гораздо больше чем у трактора. И да двигатель мотоцикла будет тянуть бОльший груз и быстрее разгонять трактор если его туда поставить.
У современных бензиновых моторов рабочий диапазон как правило от 800 до 6500 об/мин и в каждой точке двигатель будет обладать уникальной парой мощность/крутящий момент.
Тут возникает вопрос – если у ДВС максимальный крутящий момент скажем 200Нм при 5000об/мин, почему тогда максимальная мощность аж на 6400 об/мин, а не при тех же 4500 об/мин?
А все потому, что обороты выросли на 20%, а крутящий момент упал на 5%, как итог мощность выросла на 14%.
А если мы пойдем еще дальше: например сдвинемся еще на 10% оборотов – 6600, а крутящий момент упадет на 12% — до 167 Нм, тогда получим – 167*6600/7022 = 157.1 л.с Именно поэтому повторимся: максимальная мощность растет до тех пор, пока крутящий момент падает медленнее чем растут обороты.
Отсюда следует, что точку максимальной мощности можно так же назвать точкой максимального приведенного крутящего момента, именно в этой точке будет максимальный крутящий момент у мотора на выходном валу.
Так же отсюда следует, что крутящий момент – величина относительная, и не подлежит сравнению между собой на прямую, в то время как мощность – абсолютная и 150 л.с. при 6000 об/мин, это тоже самое что 150 лс при 3500 об/мин.
Сразу же можно дать ответ на вопрос – почему вариаторные коробки передач в режиме максимального разгона всегда держат обороты в районе максимальной мощности, а не, например максимального крутящего момента. Ответ прост и написан выше – потому, что именно в этой точке, на колесах будет максимальный крутящий момент при заданной скорости, для обеспечения максимального ускорения.
Поэтому когда вам говорят у меня 150 сил и «аж 400 момента», не пугайтесь, это просто дизель, у которого момент на очень низких оборотах. Эксплуатировать такой автомобиль в условиях города очень комфортно, НО именно мощность выигрывает гонки, мощность разгоняет автомобиль и от мощности зависит максимальная скорость 😉
Крутящий момент двигателя – как сделать мощнее свой автомобиль?
От чего зависит мощность и как повысить максимальный крутящий момент двигателя? Вот два вопроса, в решении которых заинтересован практически каждый опытный автолюбитель. Мы же попытаемся вникнуть в эти понятия и определить пути решения поставленных вопросов.
Что такое крутящий момент двигателя?
Для начала вспомним, что же такое мощность и как с ней связан крутящий момент. Параметр мощность при поступательном движении – это произведение силы на скорость, а крутящий момент мотора определяется как произведение силы, воздействующей на рычаг, на расстояние от оси его вращения до точки приложения силы. Но как отнести к работе автомобиля эти физические формулы?
Если переформулировать это по-другому, то крутящий момент – это тяговые возможности. От этой величины зависит грузоподъемность автомобиля и степень ускорения, которую он развивает. Два этих понятия порой плохо совместимы, поскольку мощность мотора оказывает небольшое значение на динамику автомобиля. Главное – это величина крутящего момента, и чем она больше, тем быстрее происходит разгон.
Увеличение крутящего момента двигателя – приемы модернизации
Какие существуют способы улучшения динамики автомобиля, что дает и как увеличить крутящий момент двигателя? Можно прибегнуть к простым и недорогим методам:
К затратным, но эффективным методам увеличения крутящего момента относятся:
На серийных автомобилях для увеличения этого показателя силовой агрегат оборудуют тремя и даже пятью клапанами на каждый цилиндр, изменяют выпускные тракты, на турбокомпрессорах устанавливают керамические крыльчатки с изменяемым углом наклона.
Цель всех подобных модернизаций – совершенствование процесса наполнения цилиндров мотора воздушно-топливной смесью.
Крутящий момент дизельного двигателя – нюансы этого вида моторов
Как же осуществить расчет и увеличение крутящего момента двигателя? В качестве исходных данных используют величину давления газов в цилиндрах, площадь днища поршней и радиус кривошипно-шатунного механизма. Но наиболее точные результаты можно получить лишь экспериментальным путем на специальных опытных стендах.
На современных автомобилях устанавливают два типа моторов: дизельные и работающие на бензине. Далее подробно остановимся на характеристиках дизелей, как более мощных силовых агрегатах. Достоинства дизельных двигателей:
К сожалению, получить увеличение крутящего момента мотора на любых оборотах практически невозможно, поскольку у разных агрегатов его наивысшее значение достигается на различных режимах. Это связано с различиями в механизмах впускного тракта, а также фаз газораспределения, что оказывает существенное влияние на эффективность наполнения цилиндров воздушно-топливной смесью при различных оборотах двигателя.
sonic39 › Блог › Крутящий момент двигателя и мощность, на что влияют эти показатели?
В данной статье мы рассмотрим влияние мощности и крутящего момента двигателя на динамику автомобиля, а так же принцип расчета крутящего момента.
Итак, что представляет собой мощность двигателя и на что она влияет? Для большинства автолюбителей не секрет, что чем выше мощность автомобиля (принято измерять в лошадиных силах), тем большую максимальную скорость может развивать автомобиль. Но следует помнить, что мощность развиваемая двигателем автомобиля — величина непостоянная и имеет прямую зависимость от оборотов двигателя. Если понятным языком, то при обычной езде при оборотах двигателя до 3х-4х тысяч оборотов используются далеко не все лошадиные силы имеющиеся под капотом. Т.к. пик максимальной мощности (указанной в паспорте автомобиля), на большинстве бензиновых двигателей достигается при 5500-6500 оборотов/минуту а у дизельных двигателей и вовсе при 3000-4000 об/мин. И почему то так сложилось, что в авто мире стало принятым брать за основную величину характеризующую динамические показатели автомобиля именно лошадиные силы.
И если с мощностью более менее понятно, то когда разговор заходит за крутящий момент двигателя, начинается полная неразбериха.
Давайте представим простую дорожную ситуацию, когда на небольших оборотах двигателя (2000-2500об/мин) требуется резко ускориться, например для обгона. Вот здесь как раз и вступает в силу крутящий момент и если он невелик, то при нажатии на педаль газа мы… ждем, пока автомобиль не наберет нужные обороты для динамичного ускорения. В случае же с большим показателем крутящего момента (на большинстве дизельных двигателей) динамичное ускорение при нажатии на педаль происходит незамедлительно.
Сам же крутящий момент двигателя представляет собой приложение силы на плечо рычага. Производимая сила измеряется в ньютонах, а рычаг в метрах. Отсюда и значение характеризующее крутящий момент – НюьтонМетры (Нм). Величина крутящего момента в 1Нм – означает, что сила в один Ньютон, приложена к рычагу имеющему плечо в 1 метр. В ДВС в роли рычага выступает кривошипно-шатунный механизм. Соответственно, чем более сильное толкающее воздействие оказывает на поршень воспламеняющая смесь в цилиндре, тем выше крутящий момент. В этом то как раз и кроется загадка более высокого крутящего момента дизельных двигателей в сравнении с бензиновыми. Т.к. бензиновые двигатели имеют степень сжатия в цилиндре – 9-12 Атмосфер, а дизельные 16-20 Атмосфер. Кстати моторы оснащенные нагнетателем (турбиной) обладают в первую очередь значительно более высоким крутящим моментом, т.к. турбина позволяет за счет нагнетания значительно большего количества смеси в цилиндр увеличить силу воздействия воспламеняющейся смеси на поршень.
Итак мы выяснили, что момент рождается за счет толкающей силы воздействующей на поршень, который в свою очередь передавая силу через шатун на коленвал и преобразует эту силу в крутящий момент. Суть этого процесса такова, что чем выше крутящий момент двигателя, тем быстрее двигатель набирает обороты под нагрузкой. Исходя из этого несложно понять, что именно от крутящего момента зависит динамика разгона.
Крутящий момент так же как и мощность имеет максимальные значения при конкретных оборотах двигателя. Но в данном случае более важным является не столько сама величина крутящего момента, сколько показатель оборотов, при которых момент достигается. Отсюда и разделение предпочтений автовладельцев между типами двигателей (бензиновый или дизельный).
Важно помнить, что бОльший объем двигателя так же способствует бОльшему крутящему моменту и соответственно более уверенной динамике ускорения.
Генри Форд говорил: «лошадиные силы продают автомобиль, а крутящий момент выигрывает гонки».
Eurocode Tuning Russia › Блог › Все о коробке передач и передаче момента на колеса
В этой статье мы поговорим о влиянии коробки передач на динамические характеристики автомобиля.
Что разгоняет автомобиль? Ответ — двигатель. Двигатель обладает характеристикой крутящего момента в зависимости от оборотов.
От чего зависит динамика автомобиля – от крутящего момента на колесах. Как мы уже выяснили из предыдущей статьи, максимальный приведенный крутящий момент с двигателя получается в точке его максимальной мощности.
Рассмотрим график крутящего момента и мощности атмосферного мотора обьемом 2.5л
Что будет если в коробке передач будет всего 1 передача? Крутящий момент будет всегда прямо пропорционально передаваться на колеса от двигателя через 1 передачу. И если предположить, что у нас главная пара так же 1 к 1, то график крутящего момента на колесах будет в точности повторять график крутящего момента двигателя умноженный на передаточное число той самой 1 передачи.
Недостаток такой схемы в том, что нам придется выбирать: делать эту передачу короткой чтобы более-менее динамично ускоряться, но иметь максимальную скорость, например 70км/ч, или длинной, скажем до 200км/ч, но тогда даже стронуться с места будет достаточно проблематично.
Посчитаем передаточное число, для того чтобы получить 200км/ч при 6000 об/мин на 1 передаче, на колесах размером 225/45 R17. Длинна окружности колес – 1.993м. 200км/ч это 3.33 км/мин или 3333 метра в минуту. 3333/1.993 = 1672.3 об/мин если сделать прямую передачу. Следовательно, чтобы на 6000 об/мин получить 200км/ч нужно поставить понижающий редуктор в 3.587 раза (для простоты округлим до 3.6). То есть уменьшаем обороты в 3.6 раза, во столько же повышаем момент.
Вот так будет выглядеть график крутящего момента НА КОЛЕСАХ в разгоне 0-200 км/ч, для мотора 2.5л показанного выше. Т.е. каждая точка графика умножается на 3.6.
Оговоримся сразу, что мы стартуем с помощью сцепления на 2000 об/мин, поэтому диапазоном, лежащим до 2000 об/мин пренебрегаем. В реальности же средний крутящий момент будет еще меньше, и двигатель вообще может не стронуть автомобиль с места.
Давайте посчитаем средний (интегральный) крутящий момент на колесах в диапазоне 0-200 км/ч. 3,6*220 — примерно 792Нм.
Из-за чего так происходит? Все дело в моментной характеристике ДВС. Даже у мотора мощностью 208 л.с. обьемом 2.5 литра при 2000 об/мин всего 175Нм крутящего момента. Учитываю нашу длинную одноступенчатую прямую КПП, 792Нм на колесах это крайне мало для адекватного ускорения.
Давайте добавим еще 1 ступень, получив двух ступенчатую коробку передач. Допустим первая передача имеет передаточное отношение 2:1 к нашей старой передаче, то есть понижает обороты вдвое, удваивая крутящий момент. Вторая передача останется так же до 200км/ч. Итого первая передача до 100км/ч, понижение оборотов в 7.2 раза, вторая до 200 км/ч понижение в 3.6 раза.
Давайте посчитаем средний (интегральный) крутящий момент на колесах в диапазоне 0-100 км/ч. 220*7.2 = 1584 Нм. Он стал вдвое выше из за передаточных чисел. В диапазоне 100-200 км/ч он так же будет выше, потому что после переключения на вторую (100км/ч), стрелка тахометра упадет на 3000 об/мин, а значит и средний крутящий момент мотора в диапазоне 3000-6000 об/мин будет выше, и составит примерно 225Нм.
Средний крутящий момент в диапазоне 100-200 км/ч составит примерно: 3.6*225Нм = 810 Нм. Значит в среднем по диапазону 0-200км/ч: (1584+810)/2 = 1197Нм. То есть добавив всего 1 передачу мы увеличили средний крутящий момент на 51%: с 792Нм до 1197Нм, следовательно, и время разгона 0-200 км/ч сократилось бы в полтора раза.
А теперь представим, что мы поставим современную 5 ступенчатую КПП,
где:
0-50км/ч – 1-я передача, понижение оборотов в 14.4 раза,
50-100км/ч — вторая, понижение оборотов в 7.2 раза,
100-150км/ч — третья, понижение оборотов в 4.8 раза,
150-200км/ч — четвертая понижение оборотов в 3.6 раза,
200+ км/ч — пятая.
Посмотрим, как изменится график момента на колесах:
Посчитаем средний крутящий момент на колесах по диапазонам:
0-50 км/ч диапазон 2000-6000об/мин – 220Нм*14.4 = 3168Нм
50-100 км/ч диапазон 3000-6000об/мин – 225Нм*7.2 = 1620Нм
100-150 км/ч диапазон 4000-6000об/мин – 230Нм*4.8 = 1104Нм
150-200 км/ч диапазон 4500-6000об/мин – 235Нм *3.6 = 846Нм
Средний крутящий момент в диапазоне 0-200 км/ч: (3168+1620+1104+846)/4 = 1684 Нм.
Следовательно имея 4 передачи в диапозоне 0-200 км/ч дают нам в 2.1 раза крутящего момента больше по сравнению с 1 ступенчатой КПП и на 40% больше по сравнению с 2 ступенчатой.
Но при этом если бы у нас было еще пару передач, то мы могли бы еще «сжать» диапазон каждой и получить дополнительные пару % момента на колесах.
Какой вывод можно сделать:
Чем больше передач, тем выше средние обороты, а следовательно мы находимся ближе к точке максимальной мощности мотора, а следовательно получаем максимальную отдачу от мотора.
А что будет если сделать очень много передач. Бесконечно много. До каких пор мы можем увеличивать средний крутящий момент на колесах? Так придумали вариаторную кп.
Вариатор позволяет держать мотор всегда на пике мощности на высоких оборотах, подбирая при этом максимальные передаточные числа чтобы получить максимальный крутящий момент на колесах, а следовательно ускорение.
Можем ли мы построить график крутящего момента на колесах вариатора – да.
Средний крутящий момент в диапазоне 0-200 км/ч тут составит порядка 1900Нм, что на 15% больше чем у 4-х ступенчатой акпп, и на 10% больше чем у 5- ступенчатой и лишь на 2% больше чем у 10 ступенчатой акпп. Больше получить невозможно.
Что произойдет если поставить маленькие колеса или скажем укоротить ГП? Наши передачи «сожмутся», станут короче, а момент пропорционально вырастит. Если раньше вы ехали 50км/ч на 1-й и 100км/ч на второй, то укоротив на 10% ГП, вы станете ехать 45 и 90 км/ч соотвествественно, но 90-100км/ч вам придется уже ехать на третей. Другими словами вы «виртуально» увеличиваете количество передач, но эффект будет иметь действие, если вы точно знаете, под какой скоростной диапазон подбираете передаточные числа.
Чем больше передач — тем выше средний крутящий момент на колесах. Тем быстрее разгон автомобиля.
Вариаторные коробки передач максимально эффективно реализуют потенциал двигателя на дорогу.
4 передачи в диапазоне 0-200км/ч всего на 15% хуже, если бы их было 10, но при этом втрое лучше чем 1. Поэтому делать более 6-7 разгонных передач практически нет смысла
Укорачивать коробку передач ГП или колесами надо с умом — нужно заранее знать какой скоростной диапазон вы хотите оптимизировать