Максимальный крутящий момент: Что важнее для разгона – мощность или крутящий момент

Содержание

Что важнее для разгона – мощность или крутящий момент

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

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

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

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

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

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


График внешней характеристики двигателя

Собственно, момент возникает, если тормозить вращение коленчатого вала каким-то способом — гидротормозом, генератором или заставить тянуть машину. Именно так его и замеряют — тормозят сам двигатель или колеса машины гидротормозом. Для двигателя обычно указывается максимальный крутящий момент, который развивает мотор при полностью нажатой педали газа, с чьей помощью водитель как раз регулирует, какую часть момента может дать двигатель. Осталось понять, как этот самый момент изменяется. Крутящий момент зависит от величины оборотов двигателя и в начале невелик, потом растет до определенного момента, а затем падает. Почему же?


Пики и спады на графике

В реальной эксплуатации полный момент бывает нужен редко, как раз в тех случаях, когда вы прожимаете педаль газа в пол и надеетесь, что двигатель «вытянет», всё остальное время он меньше максимального на этих оборотах. Но мы уже знаем, что момент меняется не только под воздействием нажатия на педаль газа (механической или электронной), но и с оборотами. На различных оборотах процессы, происходящие в камере сгорания мотора, различны. Дополнительные системы, такие как наддув, системы регулировки фаз ГРМ и прочие, еще сильнее изменяют наполнение камеры сгорания, количество топлива и момент зажигания, и в результате качество и сила рабочего хода зависят от оборотов мотора. Даже если нет никаких систем электронного регулирования, всё равно количество воздуха, попадающего в цилиндр, количество оставшегося выхлопа и оптимальный угол опережения зажигания меняются с оборотами. На самых малых оборотах в цилиндре слишком много остаточных газов или слишком вероятна детонация, потому крутящий момент на малых оборотах обычно намного меньше максимального. На средних оборотах мотор «оживает» — за счет пульсаций во впускном трубопроводе больше воздуха поступает в цилиндры, меньше остаточных газов, потому и растет крутящий момент. Если у машины есть турбина или нагнетатель, то они начинают работать в полную силу. Но с ростом оборотов растут и механические потери на трение поршневых колец, трение и инерционные потери в ГРМ, на разогрев масла в подшипниках и т.д. и т.п., а качество рабочего процесса не улучшается или даже начинает падать. В результате на высоких оборотах момент начинает уменьшаться за счет возрастающих потерь. А у турбонаддувного двигателя в какой-то момент перестает хватать производительности турбины и момент тоже начинает снижаться. Теперь взглянем на график типичного атмосферного (то есть безнаддувного) мотора времен 90-х годов, где есть кривые не только момента, но и мощности.


А вот турбомотор схожего объема, у него момент в зоне средних оборотов ограничен электроникой, часто на пределе прочности цилиндро-поршневой группы, и график мощности тоже очень «гладкий». Хорошо заметно, на сколько выше у него мощность в начале и середине графика.


Обратите внимание именно на кривую мощности. Она круто идет вверх там, где момент большой, и почти не растет там, где он падает. Объяснение этому очень простое: Мощность это то, сколько работы может выполнить мотор за секунду.
Для двигателя внутреннего сгорания мощность в киловаттах в каждой точке графика можно получить, умножив момент двигателя в ньютонах на число оборотов в минуту и разделив на 9549, то есть примерно так:


Следовательно, мощность мотора на любых оборотах зависит только от крутящего момента на этих оборотах, а максимальная мощность получается в точке, в которой момент уже уменьшается, но при этом произведение мощности и оборотов пока еще увеличивается. И чтобы увеличить максимальную мощность, можно просто увеличить момент на высоких оборотах или сделать так, чтобы он уменьшался не так быстро. Взгляните на типичный график высокооборотного мотора Honda — японцы поступили именно так.


Надеюсь, достаточно понятна точка зрения тех, кто говорит, что «мощность не важна — важен только момент»? Еще раз: мощность как таковая зависит напрямую от момента и сама по себе является математической, расчетной величиной, которую невозможно измерить отдельно от момента. Крутящий момент, по сути, отражает ту мощность, которая будет доступна на «неполных» оборотах двигателя, а просто при нажатии на газ при обгоне. И чем момента больше, тем лучше! Ведь и мощность на этих оборотах будет выше. А чем больше мощности, тем больше энергии можно придать машине, тем лучше динамика разгона.
А максимальная мощность в первую очередь влияет на максимальную скорость машины.
Ведь при правильно рассчитанных передаточных числах главной передачи и КПП получается, что максимальная скорость достигается тогда, когда затрачиваемая мощность будет равна мощности мотора. А мощность всех потерь как раз зависит от скорости движения, в первую очередь от сопротивления воздуха и сопротивления качению колес, и в какой-то момент она обязательно совпадет с мощностью мотора, именно эта скорость и будет максимальной. Бывают, конечно, просчеты, когда двигатель или не может развить обороты максимальной мощности, или уже «упирается» в ограничитель, но это бывает не так уж часто.

Дизельный момент

Теперь отвечу на типичный, но простой вопрос: «Почему на дизельных моторах традиционно большой крутящий момент, но при этом сравнительно с бензиновыми у них невысокая мощность?». Всё потому, что у дизеля ограничены рабочие обороты. Из-за высокой степени сжатия дизельных моторов и более медленно горящего топлива дизели хуже работают на больших оборотах, зато у них нет риска детонации, да и турбину можно поставить более эффективную и сложную из-за более низкой температуры газов на выпуске, так что можно подать очень много воздуха и топлива, и момент на малых оборотах получится очень большой. А иногда по мощности они даже будут не так уж далеки от турбонаддувных бензиновых, но момент будет не просто большим, а огромным. Для сравнения приведем характеристики двух трехлитровых моторов от современной BMW 5 series, где будет видно, что дизели эффективны в более низких оборотах. Дизель можно сделать мощнее бензинового мотора, но тогда и так большой момент будет больше еще на четверть, а это означает, что понадобится новая коробка передач и новые карданные валы, способные выдерживать такую мощность. Да и сам двигатель придется сделать еще прочнее и тяжелее. Или можно его «раскрутить», но тогда сложнее будет работать топливной аппаратуре, а допускать дымления и неполного сгорания топлива нельзя.


Так как же правильно разгоняться?

Тут важно уметь работать с коробкой передач. Для максимального разгона нужно переключаться так, чтобы обороты упали примерно на пик крутящего момента или выше него, но чтобы оставался запас по увеличению оборотов — разгон выше оборотов максимальной мощности будет идти медленнее. Идеальный вариант на гражданских машинах — разгон «от пика момента до пика мощности». Впрочем, обычно на современных моторах электроника просто не даст «перекрутить» мотор сильно выше пика мощности — это называется отсечкой. Можно попробовать представить себе это визуально. Посмотрите на график внешней скоростной характеристики. Мотор при разгоне должен как можно больше работать в зоне, где его мощность максимальна, то есть на высоких оборотах вблизи точки максимальной мощности. И при переключении передач попадать в зону с как можно большей достижимой мощностью. Внизу — графики мощности и момента уже знакомых нам атмосферного Honda Accord Type R и турбированного Saab 9-3. На графиках мы выделили диапазоны оборотов, в которых будет работать двигатель, если включить вторую или третью передачу на скорости около 50 км/ч. Чем больше площадь фигуры под кривой мощности, тем эффективнее разгон.
(adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});


Если коробка умеет переключаться очень быстро, то идеальным случаем будет КПП с очень «короткой» первой передачей с большим-пребольшим передаточным числом для очень высокого момента. А кроме того, очень большим количеством передач «на все случаи жизни». Короткая первая позволит практически сразу со старта поднимать обороты до необходимых для уверенного разгона, а затем мотор всё время будет работать вблизи своего эффективного максимума. Есть одна проблема. К сожалению, таких коробок передач не бывает. Лучше всего была бы электрическая передача, но ее масса и невысокий КПД (то есть потери мощности при «пропускании» через такую трансмиссию) при мощности меньше нескольких тысяч киловатт делают ее применение нерациональным, если только на гибридах, как например на «Мицубиши Аутлендер PHEV». Казалось бы, есть почти идеальный вариатор, где передаточных чисел бесконечное множество, так как они меняются плавно. Но он тоже страдает низким КПД при больших передаточных отношениях и не умеет менять его очень быстро… И в итоге разгон не лучше, чем у других трансмиссий. Гидротрансформатор на традиционных АКПП еще хуже, но в сочетании с механической коробкой передач обеспечивает и надежность, и приличную скорость. А механические коробки и особенно «роботы», несмотря на неизбежные потери мощности на старте при трении дисков в сцеплении, всё равно оказываются быстрее всех! Нужно лишь очень много передач. Например, десять, как в новой версии коробки DSG. Впрочем, половина из них нужна не для разгона, а для экономичного движения, но об этом в другой раз.


Какой мотор предпочесть — с высоким моментом или высокой мощностью?

Если мощность двух моторов, между которыми вы выбираете, отличается не слишком значительно, то выбирайте более «моментный». Особенно если вы пользуетесь механической коробкой передач. Показатель максимального момента и мощности на промежуточных режимах в данном случае важнее. Если же двигаться приходится постоянно «на пределе», то более тяговитый мотор, да еще и более слабый, преимущества иметь не будет, посмотрите хотя бы на мотоциклы, высокооборотные, но не моментные легко выигрывают у более тяговитых низкооборотных. Но показатели надо оценивать в комплексе. Вернемся к нашим «пятеркам» BMW. Бензиновая 535i разгоняется до 100 км/ч за 5,6 секунды, а дизельная 530d — за 5,7, потому что мощность у бензиновой почти на 50 л.с. выше, причем это — турбонаддувный мотор с хорошей мощностью в зоне средних оборотов тоже и многоступенчатая АКПП, быстрая и современная. Мощности должно быть много, но не только на максимальных оборотах, а величина крутящего момента говорит нам именно о том, на сколько много мощности двигатель выдает при обычном движении. Насколько удобно ускоряться без переключений передач. И абсолютная величина крутящего момента говорит даже меньше, чем указание диапазона оборотов, на которых момент близок к своему максимуму и насколько близки эти обороты к оборотам максимальной мощности. И лучше всего с этим справляется график внешней скоростной характеристики. А вот сама величина момента не толкает вас, ведь у более моментного мотора просто будут другие передаточные числа главной передачи и на колесах будет ровно та же мощность.

<a href=»http://polldaddy.com/poll/8627239/»>Какой мотор предпочтете?</a>


Читайте также:


мощность или крутящий момент? — журнал За рулем

В технических характеристиках автомобиля присутствуют и максимальная мощность, и максимальный крутящий момент. Рассказываем, какой из показателей «для красоты», а какой — для удобства управления.

Материалы по теме

Конечно, на мощности зациклены все. От знакомых девушек, на которых магия цифр оказывает убийственное влияние, до налоговиков, которые очень радуются каждой ступени повышения мощности после 100 л.с, но особо предпочитают машины с цифрой свыше 250 л.с.

Максимальная мощность определяет возможность транспортного средства достигать максимальной скорости. Здесь зависимость далеко не прямая, но более мощные автомобили при сравнимой массе имеют большую максималку.

А вот на то, как быстро удастся достигнуть максимальной скорости, оказывает влияние характеристика крутящего момента двигателя. Возьмем два мотора с одинаковой максимальной мощностью, но у одного кривая момента имеет форму обычного горба, а другой очень быстро (при небольших оборотах) достигает максимального значения и далее держит полку этого момента вплоть до почти максимальных оборотов. С каким мотором разгон будет лучше? Конечно, со вторым, ведь обычно разгон на каждой передаче происходит в диапазоне оборотов коленвала от 2000 до 4000, ну, возможно, 5000 в минуту. А двигатель все время будет выдавать в этом диапазоне максимальный крутящий момент.

Мощность и крутящий момент атмосферных двигателей ВАЗ (слева) и китайского турбомотора JLE-4G18TD.

Мощность и крутящий момент атмосферных двигателей ВАЗ (слева) и китайского турбомотора JLE-4G18TD.

Материалы по теме

По такому алгоритму разгоняются на ручных коробках передач, гидромеханических автоматах и роботизированных коробках. Вариаторы стоят несколько особняком. В принципе, более ранние конструкции вариаторов работали честнее современных. На разгоне, особенно в режиме «педаль газа в пол», они обеспечивали в начале разгона самое большое передаточное отношение и позволяли мотору быстро достигнуть оборотов, близких к максимальным. Далее двигатель продолжал работать при максимальных оборотах и мощности, а вариатор, меняя передаточное отношение, обеспечивал самый эффективный разгон. И было почти все равно, моментный мотор или нет. Важна была только максимальная мощность. Хотя не всегда же разгон происходит в режиме кик-дауна.

В последнее время вариаторы, в угоду водительским привычкам, научили имитировать переключение передач. Зачем — непонятно. Я считаю, что водителю важно, чтобы правая педаль обеспечивала максимально ровное, большее или меньшее, в зависимости от ситуации, ускорение.

Итак, моментные моторы обеспечивают более удобное управление ускорением транспортного средства, а, значит, помогают водителю в непростых дорожных условиях. Поэтому моторы с «полкой» крутящего момента нравятся водителям, и такую характеристику им предлагают конструкторы, внедряя прежде всего моторы с турбонаддувом. Высокий, начиная с небольших оборотов крутящий момент повышает удобство управления автомобилем, а потому более важен, чем максимальная мощность, которая не требуется почти никогда.

  • Как улучшить управляемость автомобиля, читайте тут.

крутящий момент или мощность двигателя?

Так уж повелось, что любого автолюбителя при оценке способностей машины в первую очередь интересует такой показатель, как мощность. Но не менее важной характеристикой является крутящий момент. И вот почему

Евгений Яблоков

Несмотря на то, что гужевой транспорт давно «канул в Лету» и «л. с.» является персоной нон-грата в международной системе классификации, «лошадиная» единица измерения мощности продолжает пользоваться спросом. Причем не только у простого люда, но и на государственном уровне. Для этого достаточно взглянуть на квитанцию об уплате транспортного налога.

Между тем, появившаяся в период промышленной революции «л. с.» весьма условна. А все потому, что она определяет относительный уровень производительности среднестатистической лошади путем определения усилий, необходимых для подъема 75-килограммового груза на один метр за одну секунду. Новая единица измерения, взятая на вооружение фабрикантами для оценки превосходства стационарных механизмов над животными, со временем перекочевала в мир подвижного состава.

Позже шотландский инженер Джеймс Уатт ввел в обращение официальную единицу измерения мощности своего имени – «Вт», которую для удобства использования укрупнили до «кВт». Ватт, синхронизированный с л. с. в соотношении 1 кВт = 1,36 л. с., так и не добился всеобщей любви, оставив пальму первенства конской силе. Однако мощность мощностью, но, как говорится, двигает машину не она, а крутящий момент, измеряемый в ньютон-метрах (Н∙м).

Что такое крутящий момент?

У многих автомобилистов нет адекватного представления о том, что это за «зверь». О нем, впрочем, как и о мощности, бытует расхожее мнение: чем больше, тем лучше. По сути, это тесно связанные характеристики. Мощность в ваттах не что иное, как крутящий момент в ньютон-метрах, умноженный на число оборотов и на 0,1047. Другими словами, мощность демонстрирует количество работы, выполняемой двигателем за определенный промежуток времени, а крутящий момент отражает способность силового агрегата эту работу совершить. Если, скажем, автомобиль завяз в глинистом грунте и обездвижился, то производимая им мощность будет равняться нулю. Ведь работа не совершается. А вот момент, хотя его и не хватает для движения, присутствует. Крутящий момент без мощности существовать может, а мощность без момента — нет.

Главным достижением работающего мотора при превращении тепловой энергии в механическую является момент, или тяга. Высокие моментные значения характерны для дизельных двигателей, конструктивная особенность которых – большой (больше диаметра цилиндра) ход поршня. Большой крутящий момент у дизеля нивелируется относительно низким допустимым числом оборотов, которые ограничивают для увеличения ресурса. Высокооборотистым бензиновым моторам свойствен «крен» в сторону мощности, ведь их детали отличаются меньшим весом. И степень сжатия тоже ниже. Правда, современные силовые агрегаты – и дизельные, и бензиновые – совершенствуясь, становятся ближе и конструктивно, и по показателям. Но пока банальное правило рычага сохраняется: выигрывая в силе, проигрываешь в скорости. И, соответственно, в расстоянии.

Лучшие черты двигателя определяются совокупностью оптимальных значений мощности и тяги. Чем раньше наступает максимум крутящего момента и чем позже пик мощности, тем шире диапазон возможностей силового агрегата. Близкие к оптимальным характеристики имеют электрические двигатели. Они располагают тягой, близкой к максимальной, практически с начала движения. В то же время значение мощности прогрессивно возрастает. Существенным фактором в вопросах определения мощности и крутящего момента являются обороты двигателя. Чем они выше, тем большую мощность можно снять.

В этом контексте уместно упомянуть о гоночных моторах. Из-за относительно скромных объемов они не блещут умопомрачительным крутящим моментом. Однако способны раскручиваться до 15–20 тыс. оборотов в минуту (мин-1), что позволяет им выдавать супермощность. Так, если рядовой силовой агрегат при 4000 об/мин генерирует 250 Н∙м и порядка 140 л. с., то при 18 000 мин-1 он мог бы выдать в районе 640 л. с.

К сожалению, повышать частоту вращения довольно сложно. Мешают силы инерции, нагрузки, трение. Скажем, если раскрутить мотор от 6000 до 12 000 мин-1, то силы инерции возрастут вчетверо, что потенциально грозит опасностью перекрутить мотор. Повысить величину крутящего момента можно с помощью турбонаддува, но в этом случае негативную роль начинают играть тепловые нагрузки.

Принцип максимальной отдачи мощности красноречиво иллюстрируют моторы болидов «Формулы-1», имеющие весьма скромный объем (1,6 литра) и относительно невысокий показатель тяги. Но за счет наддува и способности раскручиваться до высоких оборотов выдают порядка 600 л. с. Плюс к тому, конструкция у «Ф1» – гибридная, и электродвигатель, дополняющий основной мотор, при необходимости добавляет еще 160 «лошадей».

Важной характеристикой, отражающей возможности мотора, является диапазон оборотов, при котором доступна максимальная тяга. Но еще важнее эластичность двигателя, то есть способность набирать обороты под нагрузкой. Другими словами, это соотношение между числами оборотов для максимальной мощности и оборотов для максимального крутящего момента. Оно определяет возможность снижения и увеличения скорости за счет работы педалью газа без переключения передач. Или возможность езды на высоких передачах с малой скоростью. Эластичность, к примеру, выражается способностью автомобиля разгоняться на пятой передаче с 80 до 120 км/ч на пятой. Чем меньше времени займет этот разгон, тем эластичнее двигатель. Из двух двигателей одинакового объема и мощности предпочтителен тот, у которого выше эластичность. При прочих равных условиях такой мотор будет меньше изнашиваться, работать с меньшим шумом и меньше расходовать топливо, а также облегчит работу трансмиссии.

А если все-таки задаться вопросом о том, что важнее – крутящий момент или мощность, деля мир на черное и белое, ответ будет предельно прост: так как это зависимые величины, важно и то и другое.

Хочу получать самые интересные статьи

Мощность и крутящий момент — что это?

ЧТО ТАКОЕ ЛОШАДИНАЯ СИЛА?

— У тебя сколько сил? — такой вопрос слышал любой, кто хоть немного касался мира автомобилей. Никому даже пояснять не надо, какие силы на самом деле имеются в виду — лошадиные. Именно в них мы привыкли оценивать мощность мотора, одну из важнейших потребительских характеристик машины.

Уже и гужевого транспорта практически не осталось даже в деревнях, а эта единица измерения живёт и здравствует больше ста лет. А ведь лошадиная сила — величина, по сути, нелегальная. Она не входит в международную систему единиц (полагаю, многие со школы помнят, что называется она СИ) и потому не имеет официального статуса. Более того, Международная организация законодательной метрологии требует как можно скорее изъять лошадиную силу из обращения, а директива ЕС 80/181/EEC от 1 января 2010 прямо обязует автопроизводителей использовать традиционные «л.с.» только как вспомогательную величину для обозначения мощности.

Но не зря считается, что привычка — вторая натура. Ведь говорим же мы в обиходе «ксерокс» вместо копир и обзываем клейкую ленту «скотчем». Вот и непризнанные «л.с.» сейчас используют не только обыватели, но и едва ли не все автомобильные компании. Какое им дело до рекомендательных директив? Раз покупателю удобнее — пусть так и будет. Да что там производители — даже государство на поводу идёт. Если кто забыл, в России транспортный налог и тариф ОСАГО именно от лошадиных сил высчитываются, как и стоимость эвакуации неправильно припаркованного транспорта в Москве.

Лошадиная сила родилась в эпоху промышленной революции, когда потребовалось оценить, насколько эффективно механизмы заменяют животную тягу. По наследству от стационарных двигателей эта условная единица измерения мощности со временем перешла и на автомобили

И никто бы к этому не придирался, если не одно весомое «но». Задуманная, чтобы упростить нам жизнь, лошадиная сила на самом деле вносит путаницу. Ведь появилась она в эпоху промышленной революции как совершенно условная величина, которая не то что к автомобильному мотору, даже к лошади имеет достаточно опосредованное отношение. Смысл этой единицы в следующем — 1 л.с. достаточно, чтобы поднять груз массой 75 кг на высоту 1 метр за 1 секунду. Фактически, это сильно усреднённый показатель производительности одной кобылы. И не более того.

Иными словами, новая единица измерения очень пригодилась промышленникам, добывавшим, к примеру, уголь из шахт, и производителям соответствующего оборудования. С её помощью было проще оценить преимущество механизмов над животной силой. А поскольку приводились станки уже паровыми, а позднее и керосиновыми двигателями, то «л.с.» перешли по наследству и к  самобеглым экипажам.

Джеймс Уатт — шотландский инженер, изобретатель, учёный, живший в XVIII — начале XIX века. Именно он ввёл в обращение как «нелегальную» сейчас лошадиную силу, так и официальную единицу измерения мощности, которую назвали его именем

По иронии судьбы изобрёл лошадиную силу человек, именем которого названа официальная единица измерения мощности — Джеймс Уатт. А поскольку ватт (а точнее, применительно к могучим машинам, киловатт — кВт) к началу XIX века тоже активно входил в оборот, пришлось две величины как-то приводить друг к другу. Вот здесь-то и возникли ключевые разногласия. Например, в России и большинстве других европейских стран приняли так называемую метрическую лошадиную силу, которая равна 735,49875 Вт или, что сейчас нам более привычно, 1 кВт = 1,36 л.с. Такие «л.с.» чаще всего обозначают PS (от немецкого Pferdestärke), но есть и другие варианты — cv, hk, pk, ks, ch… При этом в Великобритании и ряде её бывших колоний решили пойти своим путём, организовав «имперскую» систему измерений с её фунтами, футами и прочими прелестями, в которой механическая (или, по-другому, индикаторная) лошадиная сила составляла уже 745,69987158227022 Вт. А дальше — пошло-поехало. К примеру, в США придумали даже электрическую (746 Вт) и котловую (9809,5 Вт) лошадиные силы.

Вот и получается, что один и тот же автомобиль с одним и тем же двигателем в разных странах на бумаге может иметь разную мощность. Возьмём, например, популярный у нас кроссовер Kia Sportage — в России или Германии по паспорту его двухлитровый турбодизель в двух вариантах развивает 136 или 184 л.с., а в Англии — 134 и 181 «лошадку». Хотя на самом деле отдача мотора в международных единицах составляет ровно 100 и 135 кВт — причём в любой точке земного шара. Но, согласитесь, звучит непривычно. Да и цифры уже не такие впечатляющие. Поэтому автопроизводители и не спешат переходить на официальную единицу измерения, объясняя это маркетингом и традициями. Это как же? У конкурентов будет 136 сил, а у нас всего 100 каких-то кВт? Нет, так не пойдёт…

КАК ИЗМЕРЯЮТ МОЩНОСТЬ?

Впрочем, «мощностные» хитрости игрой с единицами измерения не ограничиваются. До последнего времени её не только обозначали, но даже измеряли по-разному. В частности, в Америке долгое время (до начала 1970-х годов) автопроизводители практиковали стендовые испытания двигателей, раздетых догола — без навески вроде генератора, компрессора кондиционера, насоса системы охлаждения и с прямоточной трубой вместо многочисленных глушителей. Само собой, сбросивший оковы мотор легко выдавал процентов на 10-20 больше «л.с.», так необходимых менеджерам по продажам. Ведь в тонкости методики испытаний мало кто из покупателей вдавался.

Другая крайность (но гораздо более приближенная к реальности) — снятие показателей прямо с колёс автомобиля, на беговых барабанах. Так поступают гоночные команды, тюнинговые мастерские и прочие коллективы, которым важно знать отдачу мотора с учётом всех возможных потерь, и трансмиссионных в том числе.

Мощность также зависит от того, как её измерять. Одно дело крутить на стенде «голый» мотор без навесного оборудования и совсем другое — снимать показания с колёс, на беговых барабанах, с учётом трансмиссионных потерь. Современные методики предлагают компромиссный вариант — стендовые испытания двигателя с необходимой для его автономной работы навеской

Но в итоге за образец в различных методиках вроде европейских ECE, DIN или американских SAE приняли компромиссный вариант. Когда двигатель устанавливают на стенде, но со всей необходимой для бесперебойного функционирования навеской, включая стандартный выпускной тракт. Снять можно только оборудование, относящееся к другим системам машины (к примеру, компрессор пневмоподвески или насос гидроусилителя руля). То есть тестируют мотор ровно в том виде, в котором он фактически стоит под капотом автомобиля. Это позволяет исключить из финального результата «качество» трансмиссии и определить мощность на коленвале с учётом потерь на привод основных навесных агрегатов. Так, если говорить о Европе, то эту процедуру регламентирует директива 80/1269/EEC, впервые принятая ещё в 1980 году и с тех пор регулярно обновляемая.

ЧТО ТАКОЕ КРУТЯЩИЙ МОМЕНТ?

Но если мощность, как говорят в Америке, помогает автомобили продавать, то двигает их вперёд крутящий момент. Измеряют его в ньютон-метрах (Н∙м), однако у большинства водителей до сих пор нет чёткого представления об этой характеристике мотора. В лучшем случае обыватели знают одно — чем выше крутящий момент, тем лучше. Почти как с мощностью, не правда ли? Вот только чем тогда «Н∙м» отличаются от «л.с.».?

На самом деле, это связанные величины. Более того, мощность — производная от крутящего момента и оборотов мотора. И рассматривать их по отдельности просто нельзя. Знайте — чтобы получить мощность в ваттах необходимо крутящий момент в ньютон-метрах умножить на текущее число оборотов коленвала и коэффициент 0,1047. Хотите привычные лошадиные силы? Нет проблем! Делите результат на 1000 (таким образом получатся киловатты) и умножайте на коэффициент 1,36.

Чтобы обеспечить дизелю (на фото слева) высокую степень сжатия, инженеры вынуждены делать его длинноходным (это когда ход поршня превышает диаметр цилиндра). Поэтому у таких моторов крутящий момент конструктивно получается большим, но предельное число оборотов приходится ограничивать ради повышения ресурса. Разработчикам бензиновых агрегатов, наоборот, проще получить высокую мощность — детали здесь не такие массивные, степень сжатия меньше, так что двигатель можно сделать короткоходным и высокооборотным. Впрочем, в последнее время различие между дизелями и бензиновыми агрегатами постепенно стирается — они становятся всё более похожими как по конструкции, так и по характеристикам

Выражаясь техническим языком, мощность показывает, сколько работы способен выполнить мотор за единицу времени. А вот крутящий момент характеризует потенциал двигателя к совершению этой самой работы. Показывает сопротивление, которое он может преодолеть. Например, если машина упрётся колёсами в высокий бордюр и не сможет тронуться с места, мощность будет нулевой, так как никакой работы мотор не совершает — движения нет, но крутящий момент при этом развивается. Ведь за то мгновение, пока движок не заглохнет от натуги, в цилиндрах сгорает рабочая смесь, газы давят на поршни, а шатуны стараются привести во вращение коленвал. Иными словами, момент без мощности существовать может, а мощность без момента — нет. То есть именно «Н∙м» являются основной «продукцией» двигателя, которую он производит, превращая тепловую энергию в механическую.

Если проводить аналогии с человеком, «Н∙м» отражают его силу, а «л.с.» — выносливость. Именно поэтому тихоходные дизельные двигатели в силу своих конструктивных особенностей у нас, как правило, тяжелоатлеты — при прочих равных условиях они могут тащить на себе больше и легче преодолевают сопротивление на колёсах, пусть и не так проворно. А вот быстроходные бензиновые моторы скорее относятся к бегунам — нагрузку держат хуже, зато перемещаются быстрее. В общем, действует простое правило рычага — выигрываем в силе, проигрываем в расстоянии или скорости. И наоборот.

Так называемая внешняя скоростная характеристика двигателя отражает зависимость мощности и крутящего момента от оборотов коленвала при полностью открытом дросселе. По идее, чем раньше наступает пик тяги и позже — мощности, тем проще мотору адаптироваться к нагрузкам, его рабочий диапазон увеличивается, что позволяет водителю или электронике реже переключать передачи и почём зря не жечь топливо. На этих графиках видно, что бензиновый двухлитровый турбомотор (справа) выигрывает по этому показателю у турбодизеля аналогичного объёма, но уступает ему в абсолютной величине крутящего момента

Как это выражается на практике? В первую очередь, надо понять, что именно кривые крутящего момента и мощности (вместе, а не по отдельности!) на так называемой внешней скоростной характеристике двигателя будут раскрывать его истинные возможности. Чем раньше достигается пик тяги и позже пик мощности, тем лучше мотор приспособлен к своим задачам. Возьмём простой пример — автомобиль движется по ровной дороге и вдруг начинается подъём. Сопротивление на колёсах возрастает, так что при неизменной подаче топлива обороты станут падать. Но если характеристика двигателя грамотная, крутящий момент при этом наоборот начнёт расти. То есть мотор сам приспособится к увеличению нагрузки и не потребует от водителя или электроники перейти на передачу пониже. Перевал пройден, начинается спуск. Машина пошла на разгон — высокая тяга здесь уже не так важна, критичным становится другой фактор — мотор должен успевать её вырабатывать. То есть на первый план выходит мощность. Которую можно регулировать не только передаточными числами в трансмиссии, а повышением оборотов двигателя.

Здесь уместно вспомнить гоночные автомобильные или мотоциклетные моторы. В силу относительно небольших рабочих объёмов, они не могут развить рекордный крутящий момент, зато способность раскручиваться до 15 тысяч об/мин и выше позволяет им выдавать фантастическую мощность. К примеру, если условный двигатель при 4000 об/мин обеспечивает 250 Н∙м и, соответственно, примерно 143 л.с., то при 18000 об/мин он мог бы выдать уже 640,76 л.с. Впечатляет, не правда ли? Другое дело, что «гражданскими» технологиями это не всегда получается добиться.

И, кстати, в этом плане близкую к идеальной характеристику имеют электродвигатели. Они развивают максимальные «ньютон-метры» прямо со старта, а потом кривая крутящего момента плавно падает с ростом оборотов. График мощности при этом прогрессивно возрастает.

Современные моторы «Формулы 1» имеют скромный объём 1,6 л и относительно невысокий крутящий момент. Но за счёт турбонаддува, а главное — способности раскручиваться до 15000 об/мин, выдают порядка 600 л.с. Кроме того, инженеры грамотно интегрировали в силовой агрегат электродвигатель, который в определённых режимах может добавлять ещё 160 «лошадок». Так что гибридные технологии могут работать не только на экономичность

Думаю, вы уже поняли — в характеристиках автомобиля важны не только максимальные значения мощности и крутящего момента, но и их зависимость от оборотов. Вот почему журналисты так любят повторять слово «полка» — когда, допустим, мотор выдаёт пик тяги не в одной точке, а в диапазоне от 1500 до 4500 об/мин. Ведь если есть запас крутящего момента, мощности тоже, скорее всего, будет хватать.

Но всё же лучший показатель «качества» (назовём его так) отдачи автомобильного двигателя — его эластичность, то есть способность набирать обороты под нагрузкой. Она выражается, например, в разгоне от 60 до 100 км/ч на четвёртой передаче или с 80 до 120 км/ч на пятой — это стандартные тесты в автомобильной индустрии. И может случиться так, что какой-нибудь современный турбомотор с высокой тягой на малых оборотах и широченной полкой момента даёт ощущение отличной динамики в городе, но на трассе при обгоне окажется хуже древнего атмосферника с более выгодной характеристикой не только момента, но и мощности…

Так что пусть в последнее время разница между дизельными и бензиновыми агрегатами становится всё более расплывчатой, пусть развиваются альтернативные моторы, но извечный союз мощности, крутящего момента и оборотов двигателя останется актуальным. Всегда.

Крутящий момент, что это и зачем он нужен?

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

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

Для наглядности: если гайка затянута с усилием 3 кгс, то для ее откручивания придется к ключу с длиной плеча в 1 метр приложить усилие 3 кг. Однако, если на ключ длиной 1 метр надеть дополнительно 2-х метровый отрезок трубы, увеличив тем самым рычаг до 3 метров, то тогда для отворачивания этой гайки потребуется лишь усилие в 1 кг. Так поступают многие автолюбители при откручивании колесных болтов: либо добавляют отрезок трубы, а за неимением такового просто надавливают на ключ ногой, увеличив тем самым силу приложения к баллонному ключу. Так же если на рычаг метровой длины повесить груз равный 10 кг, то появится крутящий момент равный 10 кгм. В системе СИ это значение (перемножается на ускорение свободного падениям) будет соответствовать 98,1 Нм. Результат всегда един — крутящий момент, это произведение силы на длину рычага, стало быть, нужен либо длиннее рычаг, либо большее количество прикладываемой силы.

Все это хорошо, но для чего нужен крутящий момент в автомобиле и как его величина влияет на его поведение на дороге? Мощность двигателя лишь косвенно отражает тяговые возможности мотора, и ее максимальное значение проявляется, как правило, на максимальных оборотах двигателя. В реальной жизни в таких режимах практически никто не ездит, а вот ускорение двигателю требуется всегда и желательно с момента нажатия на педаль газа. На практике одни автомобили уже с низких оборотов 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 топлива — воздушной смеси, которая расширяясь в объеме с усилием толкает поршень вниз. Поршень в свою очередь через шатун передает давление на шейку коленчатого вала. В характеристике двигателя нет значения плеча, но есть величина хода поршня (двойное значение радиуса кривошипа коленвала). Для любого мотора крутящий момент рассчитывается следующим образом. Когда поршень с усилием 200 кг двигает шатун на плечо 5 см, появляется крутящий момент 10 кГс или 98,1Нм. В данном случает для увеличения крутящего момента нужно либо увеличить радиус кривошипа, или же увеличить давление расширяющихся газов на поршень. До определенной величины можно увеличить радиус кривошипа, но будут расти и размеры блока цилиндров как в ширину, так и в высоту и увеличивать радиус до бесконечности невозможно. Да и конструкцию двигателя придется значительно упрочнять, так как будут нарастать силы инерции и другие отрицательные факторы. Следовательно, у разработчиков моторов остался второй вариант – нарастить силу, с которой поршень передает усилие для прокручивания коленвала. Для этих целей в камере сгорания нужно сжечь больше горючей смеси и к тому же более качественно. Для этого меняют величину и конфигурацию камеры сгорания, делают «вытеснители» на головках поршней и повышают степень сжатия. Однако максимальный крутящий момент доступен не на всех оборотах мотора и у различных двигателей пик момента достигается на различных режимах. Одни моторы выдают его в диапазоне 1800- 3000 об/мин, другие на 3000-4500 об/мин. Это зависит от конструкции впускного коллектора и фаз газораспределения, когда эффективное наполнение цилиндров рабочей смесью происходит при определенных оборотах.

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

Что важнее — крутящий момент или лошадиные силы?

Обычно при оценке характеристик того или иного автомобиля в первую очередь мы обращаем внимание на мощность двигателя или количество лошадиных сил. Но не менее важной характеристикой является крутящий момент. Давайте разберемся, в чем разница между ними.

Появившаяся задолго до первого механического транспортного средства «лошадиная сила» условна, так как определяет относительный уровень производительности среднестатистической лошади путем определения работы, необходимой для поднятия 75–килограммового груза на один метр за одну секунду.

Шотландский инженер Джеймс Уатт ввел новую единицу измерения мощности в лошадиную силу, но в системе СИ единицу мощности назвали уже в его честь — ватт (Вт). 1 киловатт (кВт) равен 1,36 л. с. Но в обычной жизни лошадиные силы оказались как-то ближе к народу, поэтому мы получаем письма с налогом за количество лошадиных сил в наших автомобилях, а не за киловатт и хвастаемся друзьям именно количеством«лошадей». Лошадиная сила остается очень популярной внесистемной единицей измерения мощности для транспортных средств. Кстати, типичная лошадь имеет предельную мощность порядка 13–15 лошадиных сил, как это ни забавно. Во всяком случае, на диностенде в режиме 5–минутной нагрузки она может выдать примерно столько. А тягловые тяжеловесы способны выдать даже в даже за 25 сил на такой отрезок времени.

А сам автомобиль тянет вперед не сама мощность, а крутящий момент, выдаваемый силовым агрегатом. И именно с ним мы сталкиваемся каждый день в обычной жизни чаще. Например, открывая крышку пластиковой бутылки, вы используете именно крутящий момент, именуемый также моментом силы или вращательным моментом. Ведь вряд ли вы проверяете, как быстро открутили крышку?

Крутящий момент измеряется в ньютон-метрах (Н·м). И он тесно связан с мощностью, ведь для двигателя с вращающимся валом мощность на любых оборотах легко рассчитать, зная момент. И наоборот, зная мощность, можно подсчитать момент. Упрощенная формула его расчета выглядит так:

P = M x 9549 x N

и, соответственно:

M = P х 9549 / N,

где P — это мощность двигателя в киловаттах (кВт), а N — это количество оборотов коленчатого вала в минуту.

Мощность демонстрирует количество работы, которое выполняет двигатель за промежуток времени, а крутящий момент отражает способность силового агрегата эту работу совершить. Например, ускорение машины в каждый момент времени при постоянном передаточном отношении трансмиссии пропорционально крутящему моменту. А вот время разгона с одной скорости до другой, именно мощности двигателя в этом диапазоне оборотов, иначе говоря, проделанной работе. В общем-то, всем изучавшим физику в школе это покажется очевидным, но, к сожалению, не все помнят или не соотносят знания теоретического курса и примеры из реальной жизни.

Уверен, многие автолюбители даже не обращают внимание на значение крутящего момента в списке технических характеристик автомобиля и на обороты, при которых он достигается. А ведь чем выше крутящий момент и с чем более низких оборотов он достигается, тем приятнее и «эластичнее» ощущается двигатель, тем выше его реальная мощность на промежуточных режимах. Именно поэтому дизельные двигатели с турбонаддувом зачастую кажутся более приятными в обращении, чем более форсированные атмосферные бензиновые, которые необходимо «крутить» в отсечку ради достижения максимальной динамики разгона. И именно по этой причине тот, кто вкусил радости хорошего двигателя с турбонаддувом, уже не очень хочет пересаживаться на атмосферные, которые даже при схожей мощности «едут» ощутимо хуже.

Почему же такое внимание уделяется именно максимальной мощности? Дело в том, что владельца машины редко волнует максимальное ускорение автомобиля на скорости 20 или 30 километров в час, как физическая величина. Его, скорее всего, интересует динамика разгона в диапазоне 0–100, 80–120 или 100–200, а не абстрактное ускорение. А в этом случае речь идет о приращении кинетической энергии автомобиля, а значит, о проделанной двигателем работе. Которая зависит именно от мощности. В случае с идеальной трансмиссией проделанная работа будет прямо пропорциональна максимальной мощности мотора.

Вот только машин с идеальными трансмиссиями не бывает, если это не карьерные самосвалы с электропередачей, а значит, важна не только максимальная мощность, но и мощность во всем диапазоне оборотов, в котором вынужденно будет работать двигатель при таком разгоне. Оценить ее можно по графику внешней скоростной характеристики автомобиля, так называемой ВСХ, зная передаточное отношение трансмиссии на каждой передаче и предельные обороты мотора. А косвенно понять, насколько мощным будет мотор на промежуточных оборотах, позволяют именно данные по максимальному крутящему моменту и оборотам, при которых он достигается. Ведь чем выше момент на всех оборотах ниже максимальной мощности, тем ближе мощность на этих оборотах к максимально возможной и тем большую работу сможет проделать двигатель. Сложно? Тогда просто используйте эмпирическое правило, упомянутое выше.

Главное, помните, что мощность и крутящий момент — зависящие друг от друга величины, поэтому всегда важно и то, и другое.

Что такое крутящий момент двигателя?

Дата: 6 марта 2018 г.

Автолюбителям хорошо известно понятие как мощность двигателя и что измеряется она в «лошадиных силах» (л.с. или просто в «лошадях» и даже в «кобылах»). Отлично понимают, что 100 лошадей прекрасно подойдут для небольшого хэтчбека, но конечно будет мало для чего-то более большого и тяжелого, например, седана или внедорожника. Ну а 600 лошадей конечно многовато для любого авто.

Основной показатель двигателя, это мощность. Мощность показывает на сколько силен мотор. Но сила, а точнее запас сил двигателя напрямую зависит от оборотов. Когда обороты двигателя в 6 000 т.е. при средних, современный двигатель выдаст наибольшую мощность, но на таких оборотах мы по городу не ездим. Для городской езды вполне хватает примерно 3 000 об/мин на нашем тахометре. Выходит, если двигатель нашей машины выдает примерно 100 лошадей на предельном режиме и если мы будем двигаться в городе на средних оборотах, то будем иметь в запасе 50 лошадей.

А кто из автомобилистов знает, что за «зверь» такой крутящий момент двигателя и в чем он измеряется?

Измеряется крутящий момент двигателя в «ньютон метрах» (Нм). Сколько это 100 Нм, плохо это или хорошо, мало это или много? И как понять фразу, что у двигателя целых 200 Нм всего при 1 750 оборотах в минуту. Так что-же это за крутящий момент такой?

Допустим нам понадобилось обогнать кого-либо, 50 лошадей нам уже не хватает и нам нужны все наши 100 лошадей. Набрать недостающих «лошадок» наш мотор сможет только постепенно. C 3 000 оборотов наш мотор раскрутиться до 4 000 и «лошадок» прибавится примерно на 20 и того имеем уже 70 лошадей. Далее раскручиваемся до 5 000 оборотов и вот уже 90 лошадей. Отсюда следует, что достигнуть наших 100 лошадиных сил по паспорту нам необходимо набрать 6 000 об/мин.

В этом примере, как раз проявляет себя крутящий момент, сосредотачивающий всех «лошадей» нашего мотора в один «лошадиный табун». Скорость набора оборотов зависит прямо пропорционально от крутящего момента двигателя. Чем больше крутящий момент, тем быстрее собирается вся мощь двигателя в единый вектор силы и как следствие ускорение вашей машины значительно увеличится.

На каких оборотах двигатель развивает крутящий момент в полную силу? Предположим максимальный крутящий момент будет выдаваться при 4 000 об/мин, именно до такой величины и нужно раскрутить двигатель, чтобы достичь максимального ускорения автомобиля. А разгонятся до 4 000 об/мин мотору придется с 2 000 об/мин т.е. с оборотов, поддерживаемых при нормальном движении. На это двигателю нужно время, время которое так иногда не хватает и которое так нужно при обгоне.

Картина меняется если мотор будет выдавать максимальный крутящий момент при 2 000 об/мин. В этом случае вам достаточно просто давить на газ и автомобиль, драгоценное время не будет теряться на раскручивание двигателя и автомобиль легко наберет ускорение.

Крутящий момент также напрямую зависит от объема двигателя. Малолитражки как следствие менее тяговиты. Для примера, на Жигулях с объемом двигателя 1,5 литров или ниже мы хороший крутящий момент конечно не получим. И придется часто переключатся на низкую передачу для искусственного поддержания высоких оборотов. Иначе мотор не будет, как говорят «тянуть».

Вывод: Максимальный крутящий момент двигателя должен быть на низких оборотах. Получается, что всего при 1 750 об/мин мотор развивает максимальные 200 Нм. Акцент делается именно на малые обороты при которых и развивается такой крутящий момент. Этот параметр называется «тяговитостью» двигателя.

Всё об устройстве двигателя Вам всегда расскажут и покажут наши опытные мастера. В нашем автосервисе отличный ремонт и диагностика двигателя, по отличным ценам. Обращайтесь, звоните и записывайтесь! Будем Вам рады!

Крутящий момент в токовой петле: двигатели и счетчики

Цели обучения

К концу этого раздела вы сможете:

  • Опишите, как работают двигатели и счетчики с точки зрения крутящего момента в токовой петле.
  • Рассчитайте крутящий момент токоведущей петли в магнитном поле.

Двигатели — это наиболее распространенное приложение магнитной силы к токоведущим проводам. Двигатели имеют проволочные петли в магнитном поле.Когда ток проходит через петли, магнитное поле оказывает на петли крутящий момент, который вращает вал. При этом электрическая энергия преобразуется в механическую работу. (См. Рисунок 1.)

Рисунок 1. Крутящий момент в токовой петле. Токопроводящая петля из проволоки, прикрепленная к вертикально вращающемуся валу, испытывает магнитные силы, которые создают вращающий момент по часовой стрелке, если смотреть сверху.

Давайте исследуем силу на каждом сегменте петли на рисунке 1, чтобы найти крутящие моменты, возникающие вокруг оси вертикального вала.(Это приведет к полезному уравнению для крутящего момента на петле.) Мы полагаем, что магнитное поле однородно по прямоугольной петле, которая имеет ширину × и высоту × . Во-первых, отметим, что силы на верхнем и нижнем сегментах вертикальны и, следовательно, параллельны валу, не создавая крутящего момента. Эти вертикальные силы равны по величине и противоположны по направлению, так что они также не создают результирующей силы на петле. На рис. 2 показаны виды петли сверху. Крутящий момент определяется как τ = rF sin θ , где F — сила, r — расстояние от оси, на которую прикладывается сила, а θ — угол между r . и F .Как видно на рисунке 2 (а), правило правой руки 1 дает силам по бокам равными по величине и противоположными по направлению, так что результирующая сила снова равна нулю. Однако каждая сила производит вращающий момент по часовой стрелке. Поскольку r = w /2, крутящий момент на каждом вертикальном сегменте равен ( w /2) F sin θ , и эти два суммируются, чтобы получить общий крутящий момент.

[латекс] \ tau = \ frac {w} {2} F \ sin \ theta + \ frac {w} {2} F \ sin \ theta = wF \ sin \ theta \\ [/ latex]

Рисунок 2.Вид сверху токоведущей петли в магнитном поле. (a) Уравнение для крутящего момента выводится с использованием этого представления. Обратите внимание, что перпендикуляр к петле образует угол θ с полем, которое совпадает с углом между w / 2 и F. (b) Максимальный крутящий момент возникает, когда θ является прямым углом, а sin θ = 1. (c) Нулевой (минимальный) крутящий момент возникает, когда θ равно нулю и sin θ = 0. (d) Крутящий момент меняется на противоположный, когда контур вращается дальше θ = 0.

Теперь каждый вертикальный сегмент имеет длину l , которая перпендикулярна B , так что сила на каждом из них составляет [латекс] F = IlB \ [/ латекс].Ввод F в выражение для крутящего момента дает

[латекс] \ тау = wIlB \ sin \ theta \\ [/ латекс].

Если у нас есть многократный контур из Н, витков, мы получаем Н, в раз превышающие крутящий момент одного контура. Наконец, обратите внимание, что площадь петли составляет A = wl ; выражение для крутящего момента становится

[латекс] \ тау = NIAB \ sin \ theta \\ [/ латекс].

Это крутящий момент на токоведущей петле в однородном магнитном поле. Можно показать, что это уравнение справедливо для петли любой формы.Петля несет ток I , имеет N витков, каждый из которых имеет площадь A, , а перпендикуляр к петле составляет угол θ с полем B . Чистая сила на петле равна нулю.

Пример 1. Расчет крутящего момента на токопроводящей петле в сильном магнитном поле

Найдите максимальный крутящий момент на 100-витковой квадратной петле провода длиной 10,0 см на стороне, по которой проходит ток 15,0 А в поле 2,00 Тл.

Стратегия

Крутящий момент на петле можно найти с помощью [latex] \ tau = NIAB \ sin \ theta \\ [/ latex].{2} \ right) \ left (2.00 \ text {T} \ right) \\ & = & 30.0 \ text {N} \ cdot \ text {m} \ end {array} \\ [/ latex].

Обсуждение

Этот крутящий момент достаточно велик, чтобы его можно было использовать в двигателе.

Крутящий момент, указанный в предыдущем примере, является максимальным. По мере вращения катушки крутящий момент уменьшается до нуля при θ = 0. Затем крутящий момент меняет направление на , когда катушка вращается дальше θ = 0. (См. Рисунок 2 (d)). Это означает, что, если только мы что-то делаем, катушка будет колебаться взад и вперед относительно равновесия при θ = 0.Чтобы катушка продолжала вращаться в том же направлении, мы можем обратить ток, когда он проходит через θ = 0, с помощью автоматических переключателей, называемых щетками . (См. Рисунок 3.)

Рис. 3. (a) Поскольку угловой момент катушки передает его через θ = 0, щетки меняют направление тока, чтобы поддерживать крутящий момент по часовой стрелке. (b) Катушка будет непрерывно вращаться по часовой стрелке, при этом ток будет реверсировать каждую половину оборота, чтобы поддерживать вращающий момент по часовой стрелке.

Измерители , такие как аналоговые датчики уровня топлива в автомобиле, являются еще одним распространенным приложением магнитного момента к токоведущей петле. На рисунке 4 показано, что счетчик по конструкции очень похож на двигатель. Измеритель на рисунке имеет форму магнитов, ограничивающую влияние θ , делая B перпендикулярно петле в большом диапазоне углов. Таким образом, крутящий момент пропорционален I , а не θ . Линейная пружина создает противодействующий крутящий момент, который уравновешивает текущий крутящий момент.Это делает отклонение иглы пропорциональным I . Если точная пропорциональность не может быть достигнута, показания манометра можно откалибровать. Чтобы создать гальванометр для использования в аналоговых вольтметрах и амперметрах, которые имеют низкое сопротивление и реагируют на небольшие токи, мы используем большую площадь контура A , сильное магнитное поле B и катушки с низким сопротивлением.

Рис. 4. Счетчики очень похожи на двигатели, но вращаются только на часть оборота. Магнитные полюса этого измерителя имеют такую ​​форму, чтобы компонент B был перпендикулярен контуру, так что крутящий момент не зависит от θ , а отклонение от возвратной пружины пропорционально только току I .

Сводка раздела

  • Крутящий момент τ на токоведущей петле любой формы в однородном магнитном поле. является

    [латекс] \ tau = NIAB \ sin \ theta \\ [/ latex],

    , где N — количество витков, I — ток, A — площадь контура, B — напряженность магнитного поля, а θ — угол между перпендикуляром к контуру. и магнитное поле.

Концептуальные вопросы

1.Нарисуйте диаграмму и используйте RHR-1, чтобы показать, что силы на верхнем и нижнем сегментах токовой петли двигателя на Рисунке 1 являются вертикальными и не создают крутящего момента вокруг оси вращения.

Задачи и упражнения

1. (a) На сколько процентов уменьшается крутящий момент двигателя, если его постоянные магниты теряют 5,0% своей силы? (b) На сколько процентов необходимо увеличить ток, чтобы вернуть крутящий момент к исходным значениям?

2. (a) Каков максимальный крутящий момент на прямоугольной петле на 150 витков провода 18.0 см на стороне, по которой проходит ток 50,0 А в поле 1,60 Тл? (b) Каков крутящий момент, когда θ составляет 10,9º?

3. Найдите ток через петлю, необходимый для создания максимального крутящего момента 9,00 Н. Петля имеет 50 квадратных витков со стороной 15,0 см и находится в однородном магнитном поле 0,800 Тл.

4. Рассчитайте напряженность магнитного поля, необходимую для квадратного контура на 200 витков со стороной 20,0 см, чтобы создать максимальный крутящий момент 300 Н · м, если контур выдерживает 25,0 А.

5.Поскольку уравнение для крутящего момента в токоведущей петле имеет вид [латекс] \ tau = NIAB \ sin \ theta \\ [/ latex], единицы N ⋅ m должны равняться единицам A ⋅ m 2 T. Проверьте это .

6. (a) При каком угле θ крутящий момент в токовой петле составляет 90,0% от максимума? (b) 50,0% от максимума? (c) 10,0% от максимума?

7. Протон имеет магнитное поле из-за его спина на своей оси. Поле аналогично полю, создаваемому круговой токовой петлей радиусом 0,650 × 10 −15 м с током 1.05 × 10 4 А (без шуток). Найдите максимальный крутящий момент на протоне в поле 2,50 Тл. (Это значительный крутящий момент для маленькой частицы.)

8. (a) Круговая петля из 200 витков радиусом 50,0 см является вертикальной с осью на линии восток-запад. Ток в 100 А циркулирует в контуре по часовой стрелке, если смотреть с востока. Поле Земли здесь направлено на север, параллельно земле, с напряженностью 3,00 × 10 −5 Т. Каковы направление и величина крутящего момента на петле? (б) Имеет ли это устройство какое-либо практическое применение в качестве двигателя?

Глоссарий

двигатель:
петля из проволоки в магнитном поле; когда ток проходит через петли, магнитное поле оказывает на петли крутящий момент, который вращает вал; в процессе электрическая энергия преобразуется в механическую работу
метр:
обычное приложение магнитного момента к токоведущей петле, которая по конструкции очень похожа на двигатель; по конструкции крутящий момент пропорционален I , а не θ , поэтому отклонение иглы пропорционально току

Упражнения

1.{2} \ left (\ frac {\ text {N}} {\ text {A} \ cdot \ text {m}} \ right) = \ text {N} \ cdot \ text {m} \\ [/ latex ]

7. 3,48 × 10 −26 Н м

Что такое крутящий момент в автомобилях

Крутящий момент — это крутящая сила, которая связана с силой вращения двигателя и измеряет, какая часть этой крутящей силы доступна, когда двигатель работает.

Крутящий момент присутствует в повседневных делах, таких как управление дверной ручкой, открытие бутылки с содовой, использование гаечного ключа или крушение педали велосипеда.Именно крутящий момент выполняет свою работу!

Давайте разберемся дальше. Представьте, что вы затягиваете болт гаечным ключом. Вы приложите некоторое усилие к концу гаечного ключа, которое передается на болт на другом конце. При этом к болту прилагается крутящий момент или скручивающая сила.

В то время как мощность измеряется просто в лошадиных силах, крутящий момент обычно измеряется в фунтах-футах (фунт-фут).

Вот как это работает: если мы продолжим наш пример с гаечным ключом, и вы представите, что используете специальный гаечный ключ длиной один фут для затягивания болта.Приложение силы в один фунт к концу этого гаечного ключа длиной в один фут вызывает на болт крутящий момент в один фунт-фут. Увеличить крутящий момент можно, добавив больше веса или используя более длинный гаечный ключ.

Проушные гайки, которыми колеса крепятся к вашему автомобилю, обычно необходимо затягивать с крутящим моментом примерно 100 фунт-фут — это означает, что оператор должен приложить силу 100 фунтов к концу гаечного ключа длиной в фут.

Как работает крутящий момент в автомобиле

Все двигатели, будь то бензиновые или гибридные, вырабатывают определенную мощность и крутящий момент.Они связаны друг с другом и по-разному выражают мощность двигателя. Крутящий момент даже используется 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 фунт-фут. Этот крутящий момент создается поршнями внутри двигателя, когда они совершают возвратно-поступательное движение вверх и вниз на коленчатом 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, включая размер двигателя и то, как он предназначен для работы.

Проще говоря, чем больше крутящий момент у двигателя, тем лучше он подходит для тяжелых работ, таких как буксировка, буксировка или подъем на крутые склоны. 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 разница

Лошадиная сила и крутящий момент — это разные способы выражения характеристик двигателя транспортного средства.

Что такое мощность в лошадиных силах? Мощность в лошадиных силах отражает общую мощность двигателя в любых условиях. И наоборот, выходной крутящий момент отражает пиковую мощность, доступную для этого двигателя в определенный момент, когда он выполняет свою самую тяжелую работу.

Для иллюстрации представим, что вы покупаете новую стереосистему.Вы можете подумать о том, насколько громко идет стерео. Максимальная громкость, возможная для длительного воспроизведения, подобна мощности двигателя: это хороший показатель того, сколько мощности у стереосистемы.

Теперь рассмотрим басы стерео. Бас — это часть впечатления от прослушивания, которая играет на максимальной громкости (в лошадиных силах), хотя басы, скорее всего, будут оцениваться по пиковому уровню «удара», создаваемому на короткое время.

Таким образом, мощность в лошадиных силах похожа на громкость стереосистемы, а крутящий момент — на низкие частоты: стоит знать оба атрибута, и для определенных типов музыки (или транспортных средств) один может быть важнее другого.

Ключевые различия между мощностью в лошадиных силах и крутящим моментом

лошадиных сил позволяет измерить общую производительность двигателя. Крутящий момент обеспечивает простое измерение максимальной крутящей силы, которую может создать двигатель при напряженной 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 Toyota Tundra имеет мощность 381 л.с. и мощный 401 фунт.-фут крутящего момента. Такой высокий уровень крутящего момента предоставляет водителям множество возможностей для выполнения сложной работы, такой как буксировка, буксировка и подъем на крутые склоны.

И наоборот, Toyota Corolla Hatchback поставляется с четырехцилиндровым двигателем Dynamic Force , мощностью 168 лошадиных сил и 151 фунт-фут крутящего момента. В этом автомобиле нет необходимости в высоком крутящем моменте, а экономия топлива является приоритетом, поэтому инженеры устанавливают мощность и крутящий момент, чтобы сбалансировать приятные характеристики с отличной топливной экономичностью.

Наконец, рассмотрим гибридный автомобиль, в котором используется бензиновый двигатель, усиленный электродвигателем.

Электродвигатели

— суперзвезды крутящего момента, поскольку они мгновенно обеспечивают полный выходной крутящий момент. Вы увидите это в следующий раз, когда воспользуетесь своим блендером: в тот момент, когда вы включите его, его электродвигатель немедленно и без ожидания приложит максимальный крутящий момент к вращающимся лопастям.

Именно тот же мгновенный и мощный выходной крутящий момент помогает гибридным автомобилям, таким как Toyota Prius , Corolla Hybrid и RAV4 Hybrid , снизить расход топлива и повысить производительность.

Найдите и создайте свою следующую Toyota

Максимальный крутящий момент | Ямаха Мотор Австралия

Нашим уважаемым клиентам по всей Австралии. Из-за введенных правительством штата ограничений на COVID-19 это повлияло на работу некоторых дилерских центров. Для более подробной информации, пожалуйста, нажмите здесь.
МТ-10СП

MT-10 Специальная серия

Основные характеристики
  • Двигатель CP4, настроенный для максимального удовольствия от крутящего момента
  • Двойные передние диски 320 мм с ABS
  • Муфта вспомогательного механизма и скольжения
  • Агрессивный стиль массового движения вперед
МТ-10

гипер голый

Основные характеристики
  • Двигатель CP4, настроенный для максимального удовольствия от крутящего момента
  • Легкая алюминиевая рама Deltabox
  • Агрессивный стиль массового движения вперед
  • Подвеска на основе YZF-R1 с измененными настройками
МТ-09СП

MT-09 Специальная серия

Основные характеристики
  • 889cc двигатель CP3
  • Литой под давлением алюминий Deltabox
  • Передняя подвеска Premium KYB
  • Амортизатор задний Öhlins
МТ-09

Тройное веселье

Основные характеристики
  • 889cc двигатель CP3
  • Литой под давлением алюминий Deltabox
  • 6-осевой IMU
  • Новые системы впуска и выпуска
MT-07HO

689 куб. См, высокая производительность

Основные характеристики
  • 689 куб.см параллельный твин
  • Передние тормоза увеличенного размера
  • Дизайн нового поколения
  • Светодиодное освещение для проектора
MT-07LA

Одобрено учащимся 655cc

Основные характеристики
  • 655 куб.см параллельный твин
  • Передние тормоза большего размера
  • Дизайн нового поколения
  • Светодиодное освещение для проектора
МТ-03

MT начального уровня

Основные характеристики
  • 321 куб.см параллельный твин
  • Агрессивный дизайн MT
  • Вилка передняя перевернутая
  • Маневренный и легкий

Load Torque — обзор

11.4.1 Нагрузка с постоянным крутящим моментом

Нагрузка с постоянным крутящим моментом означает, что крутящий момент, необходимый для поддержания работы нагрузки, одинаков на всех скоростях. Хорошим примером является подъемник барабанного типа, в котором требуемый крутящий момент зависит от нагрузки на крюк, но не от скорости подъема. Пример показан на рис. 11.7.

Рис. 11.7. Таль с приводом от двигателя — нагрузка с постоянным моментом.

Диаметр барабана составляет 0,5 м, поэтому, если максимальная нагрузка (включая трос) составляет, скажем, 1000 кг, натяжение троса (мг) будет 9810 Н, а крутящий момент, приложенный нагрузкой на барабан, будет задан. на Сила × радиус = 9810 × 0.25 ≈ 2500 Нм. Когда скорость постоянна (т. Е. Нагрузка не ускоряется), крутящий момент, создаваемый двигателем на барабане, должен быть равен и противоположен крутящему моменту, создаваемому нагрузкой на барабан. (Слово «противоположный» в последнем предложении часто опускается, при этом подразумевается, что установившийся двигатель и момент нагрузки обязательно должны действовать противоположно.)

Предположим, что скорость подъема должна контролироваться при любом значении вплоть до максимального. 0,5 м / с, и мы хотим, чтобы это соответствовало максимальной скорости двигателя около 1500 об / мин, что является разумной скоростью для широкого диапазона двигателей.Скорость подъема 0,5 м / с соответствует скорости барабана 19 об / мин, поэтому подходящее передаточное число будет, скажем, 80: 1, что дает максимальную скорость двигателя 1520 об / мин.

Нагрузочный момент со стороны двигателя редуктора будет уменьшен в 80 раз, с 2500 Нм до 31 Нм на двигателе. Мы также должны учитывать трение в коробке передач, эквивалентное, возможно, 20% крутящего момента при полной нагрузке, поэтому максимальный крутящий момент двигателя, необходимый для подъема, будет составлять 37 Нм, и этот крутящий момент должен быть доступен на всех скоростях вплоть до 1520 об / мин. / мин.

Теперь мы можем нарисовать установившуюся кривую крутящего момента-скорости нагрузки, видимой двигателем, как показано на рис. 11.8.

Рис. 11.8. Требования к крутящему моменту для двигателя в подъемном устройстве (рис. 11.7).

Мощность двигателя в установившемся режиме получается как произведение крутящего момента (Нм) и угловой скорости (рад / с). Таким образом, максимальная продолжительная мощность двигателя для подъема равна

(11,1) Pmax = 37 × 1520 × 2π60 = 5,9 кВт

На этом этапе всегда полезно проверить, что мы получим примерно такой же ответ для мощности. с учетом работы, выполняемой в секунду при нагрузке.Сила ( F ) на нагрузке составляет 9810 Н, скорость ( v ) составляет 0,5 м / с, поэтому мощность (Fv) составляет 4,9 кВт. Это на 20% меньше, чем мы получили выше, потому что здесь мы проигнорировали потерю мощности в коробке передач.

На данный момент мы установили, что нам нужен двигатель, способный непрерывно выдавать 5,9 кВт при 1520 об / мин, чтобы поднимать самый тяжелый груз с максимальной необходимой скоростью. Однако мы еще не рассмотрели вопрос о том, как груз ускоряется из состояния покоя и доводится до максимальной скорости.Во время фазы ускорения двигатель должен создавать крутящий момент, превышающий крутящий момент нагрузки, иначе нагрузка снизится, как только будет снят тормоз. Чем больше разница между крутящим моментом двигателя и крутящим моментом нагрузки, тем выше ускорение. Предположим, мы хотим, чтобы самый тяжелый груз достиг полной скорости из состояния покоя, скажем, за 1 секунду, и предположим, что мы решили, что ускорение должно быть постоянным. Мы можем рассчитать необходимый ускоряющий момент из уравнения движения, т.е.

(11.2) TorqueNm = Inertiakgm2 × Angularaccelerationradsec2.

Обычно мы считаем, что лучше всего работать в терминах переменных, видимых двигателем, и поэтому нам сначала нужно найти эффективную полную инерцию, видимую на валу двигателя, затем рассчитать ускорение двигателя и, наконец, использовать уравнение. (11.2) для получения ускоряющего момента.

Эффективная инерция складывается из инерции самого двигателя, указанной инерции барабана и редуктора и указанной инерции груза на крюке. Термин «приведенная инерция» означает кажущуюся инерцию, если смотреть на редуктор со стороны двигателя.Если коробка передач имеет передаточное число n : 1 (где n больше 1), инерция J на ​​стороне низкой скорости оказывается инерцией J / n 2 на высокой скорости боковая сторона. В этом примере нагрузка на самом деле движется по прямой линии, поэтому нам нужно спросить, какова эффективная инерция груза, «видимая» на барабане. Геометрия здесь проста, и нетрудно увидеть, что с точки зрения инерции, наблюдаемой барабаном, кажется, что груз прикреплен к поверхности барабана.Затем инерция нагрузки на барабане получается с использованием формулы для инерции массы m, расположенной на радиусе r , т. Е. J = mr 2 , что дает эффективную инерцию нагрузки на барабане как 1000 кг × ( 0,25 м) 2 = 62,5 кгм 2 .

Эффективная инерция нагрузки со стороны двигателя составляет 1 / (80) 2 × 62,5 ≈ 0,01 кгм 2 . К этому нужно сначала добавить инерцию двигателя, которую мы можем получить, проконсультировавшись с каталогом производителя для 5.Двигатель 9 кВт, 1520 об / мин. Это будет просто для постоянного тока. мотор, но переменный ток каталоги двигателей, как правило, дают номинальные значения только для рабочих частот, и здесь необходимо выбрать двигатель с правильным крутящим моментом и возможную кривую крутящего момента и скорости для рассматриваемого типа привода. Для простоты предположим, что мы нашли двигатель точно требуемой мощности с инерцией ротора 0,02 кгм 2 . Приведенная инерция барабана и коробки передач должна быть добавлена, и мы снова должны вычислить или найти.Предположим, это дает дополнительные 0,02 кгм 2 . Таким образом, общая эффективная инерция составляет 0,05 кгм 2 , из которых 40% приходится на сам двигатель.

Ускорение получить просто, поскольку мы знаем, что скорость двигателя должна повыситься с нуля до 1520 об / мин за 1 с. Угловое ускорение определяется увеличением скорости, деленным на затраченное время, то есть

1520 × 2π60 ÷ 1 = 160рад / сек2

Теперь мы можем рассчитать ускоряющий момент по формуле. (11.2) как

T = 0,05 × 160 = 8 Нм

Следовательно, чтобы удовлетворить требованиям как установившегося, так и динамического крутящего момента, привод, способный обеспечивать крутящий момент 45 Нм (= 37 + 8) на всех скоростях до Требуется 1520 об / мин, как показано на рис. 11.8.

В случае подъемника ожидаемый режим работы может быть неизвестен, но вполне вероятно, что двигатель будет проводить большую часть своего времени подъема, а не ускорения. Следовательно, хотя пиковый крутящий момент 45 Нм должен быть доступен на всех скоростях, это не будет постоянным требованием и, вероятно, будет в пределах кратковременной перегрузочной способности привода, постоянно рассчитанного на 5.9 кВт.

Мы также должны учитывать, что произойдет, если необходимо опустить полностью загруженный крюк. Мы учли трение в 20% от момента нагрузки (31 Нм), поэтому во время спуска можно ожидать, что трение создаст тормозной момент, эквивалентный 6,2 Нм. Но чтобы крюк не соскочил с места, нам понадобится общий крутящий момент 31 Нм, поэтому для сдерживания нагрузки двигатель должен будет развивать крутящий момент 24,8 Нм. Мы, естественно, будем называть это тормозным моментом, потому что это необходимо для предотвращения разрыва груза на крюке, но на самом деле крутящий момент остается в том же направлении, что и при подъеме.Однако скорость отрицательна, и с точки зрения «четырехквадрантной» диаграммы (например, рис. 3.12) мы переместились из квадранта 1 в квадрант 4, и, таким образом, поток мощности меняется на противоположный, и двигатель регенерирует, потеря потенциала энергия нисходящей нагрузки преобразуется обратно в электрическую форму (и потери). Следовательно, если мы хотим удовлетворить эту ситуацию, мы должны выбрать привод, способный к непрерывной регенерации: такой привод также будет иметь возможность работать в квадранте 3, чтобы создавать отрицательный крутящий момент для опускания пустого крюка, если его вес был недостаточным. спуститься.

В этом примере в крутящем моменте преобладает требование установившегося режима, а зависящий от инерции ускоряющий крутящий момент сравнительно невелик. Конечно, если бы мы указали, что нагрузка должна ускоряться за одну пятую секунды, а не за 1 секунду, нам потребуется ускоряющий крутящий момент 40 Нм, а не 8 Нм, и, что касается требований к крутящему моменту, ускоряющий момент будет быть более или менее таким же, как установившийся рабочий момент. В этом случае необходимо проконсультироваться с производителем привода, чтобы определить номинальные параметры привода, которые будут зависеть от частоты последовательности пуска / останова.

Вопрос о том, как оценить двигатель при прерывистой нагрузке, будет рассмотрен более подробно позже, но стоит отметить, что, если инерция заметна, накопленная кинетическая энергия вращения (12 Джω2) может стать очень значительной, особенно когда привод требуется для остановки груза. Любая накопленная энергия должна либо рассеиваться в двигателе и самом приводе, либо возвращаться в источник питания. Все двигатели по своей природе способны к регенерации, поэтому устройство, при котором кинетическая энергия рекуперируется и сбрасывается в виде тепла в резисторе внутри корпуса привода, является более дешевым вариантом, но практически осуществимо только в том случае, если потребляемая энергия невелика.Если накопленная кинетическая энергия велика, привод должен иметь возможность возвращать энергию источнику питания, а это неизбежно увеличивает стоимость преобразователя.

В случае нашего подъемника накопленная кинетическая энергия составляет всего

12 × 0,051520 × 2π602 = 633Дж

или около 1% энергии, необходимой для нагрева кружки воды для чашки кофе. Такая скромная энергия может быть легко поглощена резистором, но, учитывая, что в этом случае мы обеспечиваем рекуперативный привод, эта энергия также будет возвращена источнику питания.

Что такое крутящий момент? Все о крутящем моменте: определение, уравнения и единицы измерения

Крутящий момент — это слово, которое свободно обсуждают производители автомобилей, рекламодатели и обозреватели, и оно не менее важно, чем другие цифры в заголовках, с которыми вы столкнетесь, например, лошадиные силы. Однако реклама крутящего момента не всегда была данностью — посмотрите на рекламу автомобилей 1980-х годов, и вы обнаружите, что о ней почти не упоминалось.

Это в основном из-за лишнего веса новых автомобилей. Современные двигатели настолько загружены технологиями, комфортом и безопасностью, что весят намного больше, чем их аналоги десятилетней давности.Это означает, что этим автомобилям требуется больше силы или крутящего момента, чтобы заставить их двигаться.

Крутящий момент определяется как сила вращения двигателя. Вы можете заметить, что крутящий момент — как и мощность — всегда выражается при определенной частоте вращения двигателя. Например, Ford Fiesta Ecoboost развивает максимальный крутящий момент в диапазоне от 1400 до 4000 об / мин. Вообще говоря, автомобиль будет чувствовать себя более отзывчивым, когда максимальный крутящий момент будет развиваться на низком уровне в диапазоне оборотов, но многим людям нравятся высоконагруженные двигатели, которые необходимо резко увеличить, прежде чем они разовьют максимальный крутящий момент.

Крутящий момент становится более важным по мере того, как автомобили становятся больше и тяжелее. Крошечный городской автомобиль может легко путешествовать с очень небольшим крутящим моментом, тогда как большому внедорожнику или фургону требуется много времени, чтобы он начал двигаться. Вот почему более крупные автомобили, как правило, оснащаются дизельными двигателями — дизели обеспечивают больший крутящий момент на более низких оборотах, чем бензиновые двигатели.

Что такое крутящий момент?

Проще говоря, крутящий момент — это сила вращения двигателя. Он отличается от лошадиных сил, поскольку относится к количеству работы, которую может выполнить двигатель, в то время как лошадиные силы определяют, насколько быстро эта работа может быть выполнена.Вот почему крутящий момент в простонародье часто называют «тяговое усилие», «сила» или «ворчание».

Крутящий момент обычно измеряется в ньютон-метрах (Нм) или фунт-фут (фунт-фут) — последнее не следует путать с фут-фунтом (фут-фунт), поскольку один фут-фунт относится не к крутящей силе, а до количества энергии, необходимого для поднятия 1 фунта веса на расстояние 1 фут.

В частности, крутящий момент фактически измеряет величину силы, необходимой для поворота объекта (например, при затягивании крышки бутылки с газированной водой, гайки колеса или болта головки блока цилиндров).Или, в случае двигателя, он измеряет, сколько крутящего усилия доступно на коленчатом валу при любых заданных оборотах двигателя (RPM).

• Автомобили Cat D и Cat C: объяснение списаний по страховке

В автомобиле мощность — это мера того, насколько быстро двигатель может развивать тот же крутящий момент с течением времени, поэтому чем больше (обоих) у вас есть, тем быстрее ты сможешь ускориться. Одна лошадиная сила (л.с.) — это абсолютно произвольная единица, придуманная инженером Джеймсом Ваттом. Это эквивалентно тому, что одна лошадь поднимает вес 33 000 фунтов на высоту 12 дюймов за одну минуту — или 33 000 фунт-футов в минуту.Метрический эквивалент (PS) равен 4500 кгм в минуту или 0,97 л.с.

Тормозная мощность (л.с.) немного ниже, чем л.с., но, возможно, является более точным показателем, поскольку учитывает мощность, потерянную на внутреннее трение двигателя.

Основные уравнения крутящего момента

Допустим, мы используем гаечный ключ длиной 0,5 м для затяжки колесной гайки, и нам нужно опереться на дальний конец гаечного ключа с силой в 50 Ньютонов, чтобы затянуть гайку. Простое умножение двух чисел дает нам необходимое значение крутящего момента в Ньютон-метрах:

50 (Н) x 0.5 (м) x = 25 Нм крутящего момента

Если вы хотите сохранить старый образ, вы можете измерять расстояние в футах и ​​силу в фунтах. На этот раз наш гаечный ключ может быть 18 дюймов (1½ фута), и мы прикладываем 20 фунтов силы на дальнем конце:

20 (фунт) x 1½ (фут) = 30 фунт-фут крутящего момента

Итак, что значит двигатель крутящий момент похож?

Если двигатель развивает крутящий момент 500 Нм, мы можем использовать аналогичную визуализацию в обратном направлении, чтобы помочь понять задействованные силы. Чтобы такой двигатель не вращался, потребуется гаечный ключ длиной один метр, прикрепленный к коленчатому валу, с приложением силы 500 Ньютон на другом конце.Поскольку один килограмм создает силу притяжения Земли примерно в 9,8 Ньютона, это означает, что вам понадобится 50-килограммовый жокей, чтобы стоять на конце. Или Аллан Макниш.

• Автосинхронизация: разрешена ли корректировка пробега?

Если это не кажется большим усилием, чтобы остановить двигатель, развивающий тяжелые 500 Нм, не забывайте, что крутящий момент на колесах значительно увеличивается за счет снижения оборотов двигателя. Значит, жокей мог заглушить двигатель, но не мог остановить машину!

Что лучше: крутящий момент или мощность?

Крутящий момент и мощность очень тесно связаны, потому что в двигателе внутреннего сгорания одно без другого не может быть.Снова дело в математике, поскольку л.с. рассчитывается следующим образом:

л.с. = крутящий момент x об / мин ÷ 5252

Это означает, что если вы сравните два двигателя с разным выходным крутящим моментом, двигатель с более высоким крутящим моментом всегда будет вырабатывать больше лошадиных сил на любом данном двигателе. скорость.

Однако многие двигатели с высоким крутящим моментом не рассчитаны на такие высокие обороты (подумайте о мощном дизельном двигателе), поэтому показатели максимальной мощности часто оказываются под угрозой. Напротив, спортивный бензиновый автомобиль с высокими оборотами может быть спроектирован так, чтобы иметь более низкий крутящий момент, но его исключительная мощность на высоких оборотах двигателя позволяет ему двигаться быстрее.

• Как сдать экзамен по теории вождения

Вот почему для повседневного вождения мощность и гибкость двигателя с высоким крутящим моментом часто более полезны — и это жизненно важно, когда вам нужен автомобиль для буксировки больших прицепов или перевозки тяжелых грузов.

При обычном вождении крутящий момент часто более важен, чем мощность, поэтому мы уделяем ему так много внимания в наших обзорах автомобилей.

Можете ли вы объяснить крутящий момент не более 25 слов? Заходите в раздел комментариев ниже…

Что такое крутящий момент в автомобилях?

Мощность и крутящий момент являются основными показателями мощности трансмиссии. Лошадиная сила, по какой-либо причине, получает известность и дает право на хвастовство. Да, больше лошадей означает больше мощности, но мощность в лошадиных силах измеряет только максимальную производительность двигателя или мотора и не является мерой его силы.

Крутящий момент измеряет крутящую силу или силу двигателя или мотора.Ощущение, будто тебя толкают обратно на сиденье, когда ты нажимаешь педаль газа? Это крутящий момент. На примере, не относящемся к автомобилестроению, при открытии банки крутящий момент — это усилие, с которым вы открываете крышку, а мощность — это скорость, с которой вы ее раскручиваете.

Проще говоря, крутящий момент заставляет вас двигаться, а мощность заставляет вас двигаться. И, в зависимости от того, как вы собираетесь использовать свой автомобиль, одно будет иметь значение выше другого. Крутящий момент также работает по-разному в зависимости от типа двигателя и источника энергии.

Как работает крутящий момент в бензиновом двигателе

Крутящий момент и мощность имеют разные характеристики, часто достигая пика в разных диапазонах оборотов двигателя, более известных как обороты в минуту (об / мин).

В двигателе внутреннего сгорания (ДВС) крутящий момент отображается в виде кривой колокола. После того, как крутящий момент достигнет своих пиковых оборотов, он будет снижаться, поскольку мощность в лошадиных силах одновременно увеличивается до максимальных оборотов. Этот пик крутящего момента наступает, когда двигатель достигает своей наиболее эффективной и максимальной скорости для этого номинального крутящего момента.

Когда автомобиль движется, крутящий момент не так важен. Например, при движении по шоссе двигатель обычно работает на самой высокой передаче и на минимально возможных оборотах. Почему? Дополнительный крутящий момент больше не требуется для поддержания движения автомобиля, поэтому трансмиссия переключается в наиболее эффективный режим работы.

В небольших транспортных средствах обычно используются небольшие двигатели, которые обладают меньшими значениями крутящего момента и мощности. Их меньший вес и предполагаемое использование владельцами означает, что им не требуются более мощные и большие двигатели.Простота двигателей также делает автомобили доступными и экономичными. Но это не значит, что на всех маленьких машинах скучно ездить.

Mazda MX-5 Miata — яркий пример спортивного автомобиля с меньшей мощностью и крутящим моментом, чем у его конкурентов. Тем не менее, его низкие характеристики двигателя вряд ли ухудшают его динамику вождения. С 2,0-литровым 4-цилиндровым двигателем MX-5 Miata выдает 181 л.с. при 7000 об / мин и 151 фунт-фут крутящего момента при 4000 об / мин. Но он также весит не более 2388 фунтов и имеет почти идеальное распределение веса на переднюю и заднюю оси.Его спортивные характеристики обусловлены его высокооборотистым двигателем и сбалансированными характеристиками управляемости, а не чистой скоростью разгона.

Как крутящий момент работает в дизельном двигателе

Дизельные двигатели имеют больший крутящий момент на более низких оборотах, чем бензиновые двигатели, что приводит к лучшей способности буксировки, буксировки и подъема, поскольку двигателю не нужно работать так тяжело. привести автомобиль в движение.

Ford F-150 2021 года предлагает дополнительный 3,0-литровый турбодизель V-6 мощностью 250 л.с. при 3250 об / мин и 440 фунтов.-фт. крутящего момента, начиная с низких 1750 об / мин. В линейке двигателей F-150 турбодизель имеет один из самых низких показателей мощности, но один из самых высоких значений крутящего момента. Буксирная способность составляет 12 100 фунтов (при надлежащем оснащении), а максимальная полезная нагрузка составляет 1840 фунтов. Для сравнения: самый мощный из предложенных двигателей, 3,5-литровый двухцилиндровый бензиновый V-6, обладает мощностью 400 л.с. и мощностью 500 фунт-фут. крутящего момента. Однако крутящий момент достигает 3100 об / мин, что в два раза медленнее, чем у дизеля.

Поднявшись на ступеньку лестницы грузовика Ford, Super Duty, оснащенный опциональным 6,7-литровым турбодизельным двигателем V-8, развивает 475 л.с. при 2600 об / мин и лучший в своем классе 1050 фунт-фут. крутящий момент начиная с 1600 об / мин. Буксировка рассчитана на 15 000 фунтов при полезной нагрузке 2462. Имейте в виду, что это минимальный показатель буксировки, поскольку сверхмощный F-450 может буксировать 37000 фунтов с гусиной шеей или 5 -колесное сцепное устройство.

Как работает крутящий момент в двигателе с турбонаддувом

Турбонаддув и наддув также влияют на крутящий момент, поскольку пиковая мощность возникает в более широком диапазоне оборотов, а не в определенной точке колоколообразной кривой крутящего момента.

Рассмотрим Honda Accord 2020 года выпуска. Его стандартный 1,5-литровый рядный 4-цилиндровый двигатель с турбонаддувом невелик для размера этого автомобиля, но он выдает 192 л.с. при 5500 об / мин и развивает 192 фунт-фут. крутящего момента между 1600-5000 об / мин. Дополнительный 2,0-литровый турбо-четырехцилиндровый двигатель Accord предлагает 252 л.с. при 6500 об / мин и максимальный крутящий момент 273 фунт-фут. от 1500-4000 об. / мин. Когда пиковый крутящий момент распространяется в широком диапазоне оборотов, как этот, он вызывает быстрое ускорение и удовлетворительную тягу, которую вы чувствуете, когда вас толкают обратно в сиденье.

Теоретически турбонаддув и наддув позволяют автопроизводителям использовать в своих автомобилях более экономичные двигатели меньшего размера. Однако, чем сложнее вы его выгоните в реальном мире, тем менее заметен выигрыш в экономии топлива.

Как работает крутящий момент в электромобиле

В электромобилях (электромобилях) энергия поступает от электродвигателей. Когда двигатель не запускается, максимальный крутящий момент достигается мгновенно. Вот почему электромобили, такие как Tesla Model 3, в которых официально не указаны данные о мощности или крутящем моменте, могут похвастаться временем разгона от нуля до 60 миль в час, равным 3.2 секунды. (Для справки, согласно Motor Trend , эта полноприводная модель Performance с двумя двигателями обеспечивает 450 л.с. и 471 фунт-фут мгновенного крутящего момента).

Даже электромобили, считающиеся низкими с точки зрения мощности, по-прежнему быстро выходят из строя и служат в качестве динамичных пригородных транспортных средств с остановками и движением. Chevrolet Bolt EV развивает мощность 200 л.с., но его мощность составляет 266 фунт-футов. крутящего момента при нулевых оборотах это шустрый автомобильчик. Аналогичным образом, Kia Niro EV имеет мощность 201 л.с. и крутящий момент в 291 фунт-фут. для большого количества скутеров.

Это же преимущество распространяется и на гибриды, в которых электродвигатель сочетается с ДВС. Быстрая передача крутящего момента от электрического вспомогательного двигателя гибрида приводит в движение автомобиль на более низких скоростях. Toyota Prius — хороший тому пример. В то время как Prius рассчитан на скудную мощность в 121 л.с., его электрический вспомогательный двигатель выдает 120 фунт-футов. крутящего момента в момент, когда водитель нажимает на педаль акселератора.

Как электромобили мгновенно развивают максимальный крутящий момент?

Большинство электромобилей обычно не ассоциируются с производительностью, но они способны достичь того, чего не могут автомобили с бензиновым двигателем: пикового крутящего момента при нулевых оборотах.

Его часто бросают, и многие прокомментируют, насколько быстро электромобиль чувствует себя в городе благодаря мгновенной передаче максимального крутящего момента. Если сомневаетесь, просто прокатитесь на Tesla Model S и попросите водителя уронить молот.

Но как этого добиться в электромобиле? Джейсон Фенске из Engineering Explained вернулся, чтобы разобраться в происходящем. Прежде всего, важно понимать, что под капотом электромобиля нет двигателя .Вместо этого есть мотор-генератор и аккумулятор для питания. Когда электрический ток проходит через двигатель в магнитном поле, он создает силу. Чем больше приложен ток, тем сильнее будет вращаться двигатель.

Генератор делает нечто подобное, но направление электрического потока меняется на противоположное: вместо того, чтобы принимать ток для вращения якоря, якорь раскручивается через поле за счет замедления транспортного средства. Это производит электричество, которое используется для подзарядки аккумулятора, а двигатель может переключаться между питанием автомобиля и регенерацией электричества так быстро, как водитель может ускориться и оторваться.

Однако по мере увеличения оборотов двигателя он также создает так называемую «обратную электродвижущую силу» или «обратную ЭДС». Чем быстрее вращается двигатель, тем больше создается обратная ЭДС, что снижает эффективное напряжение, которое он может выдать.

Но при нулевых оборотах в минуту все электричество, создаваемое двигателем с момента подачи электроэнергии, становится мгновенным крутящим моментом — без какой-либо обратной ЭДС для снижения его выходной мощности.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *