Крутний момент двигуна

Говорячи про найголовніший автомобільний агрегат: двигун, потужність стало прийнято піднімати вище інших параметрів. Тим часом не силові потужності є основними характеристиками силової установки, а явище, зване моментом, що крутить. Потенціал будь-якого автомобільного двигуна безпосередньо визначається цим значенням.

Поняття крутного моменту ДВЗ. Про складне простими словами

Крутний момент стосовно автомобільних двигунів є добуток величини зусилля і плеча важеля, або, простіше кажучи, сили тиску поршня на шатун. Ця сила обчислюється в ньютон-метрах, і що вище її значення, то швидше буде автомобіль.

Крім того, потужність двигуна, виражена у ВАТ, є не що інше, як значення крутного моменту двигуна в ньютон-метрах, помножене на швидкість обертання колінчастого валу.

Уявіть собі коня, що тягне важкі сани і застряг у канаві. Тягнути сани не вийде, якщо кінь спробує вискочити з канави на бігу. Тут необхідно докласти певного зусилля, яке і буде моментом, що крутить (км).

Крутний момент часто плутають із частотою обертання колінчастого валу. Насправді це два абсолютно різні поняття. Повертаючись наприклад з конем, що застрягла в канаві, частота кроку буде представляти швидкість двигуна, а сила, що додається тваринам під час руху під час кроку, в цьому випадку є крутним моментом.

Чинники, що впливають на величину крутних моментів

На прикладі коня неважко здогадатися, що в цьому випадку величина СМ багато в чому визначатиметься м'язовою масою тварини. Стосовно двигуна внутрішнього згоряння автомобіля ця величина залежить від обсягу роботи силової установки, а також від:

• рівень робочого тиску всередині балонів;
• розмір поршня;
• діаметр колінчастого валу.

Крутний момент найбільше залежить від робочого об'єму та тиску всередині силової установки, і ця залежність прямо пропорційна. Іншими словами, мотори з великим об'ємом і тиском відповідно мають і великий момент, що крутить.

Також спостерігається пряма залежність між КМ та радіусом кривошипу колінчастого валу. Однак конструкція сучасних автомобільних двигунів така, що не дозволяє значенням моменту, що крутить, змінюватися в широких межах, тому у конструкторів ДВС мало можливостей для досягнення більш високого крутного моменту через кривизну колінчастого валу. Натомість розробники звертаються до способів збільшення крутного моменту, таким як використання технологій турбонаддува, підвищення ступеня стиснення, оптимізація процесу згоряння, використання спеціально розроблених впускних колекторів і т.д.

Важливо, що КМ збільшується зі збільшенням оборотів двигуна, однак після досягнення максимуму в заданому діапазоні момент, що крутить, знижується, незважаючи на безперервне збільшення частоти обертання колінчастого валу.

Вплив крутного моменту ДВЗ на характеристики автомобіля

Величина моменту, що крутить, є тим самим фактором, який прямо задає динаміку розгону автомобіля. Якщо ви затятий автолюбитель, то могли помітити, що різні автомобілі, але з одним і тим же силовим агрегатом по-різному поводяться на дорозі. Або значно менш потужний автомобіль на дорозі перевершує той, у якого під капотом більше кінських сил, навіть при порівнянних розмірах і вазі автомобілів. Причина криється саме в різниці моменту, що крутить.

Кінські сили можна як показник витривалості двигуна. Саме цей показник визначає швидкісні можливості автомобіля. Але оскільки момент, що крутить, – це свого роду сила, то саме від її величини, а не від кількості «коней» залежить, наскільки швидко автомобіль зможе досягти межі максимальної швидкості. З цієї причини не всі потужні автомобілі мають хорошу динаміку розгону, а ті, які можуть розганятися швидше за інших, не обов'язково оснащені потужним двигуном.

Однак сам по собі високий момент, що крутить, не гарантує відмінної динаміки машини. Адже, крім іншого, динаміка наростання швидкості, а також здатність автомобіля швидко долати підйоми ділянок залежать від робочого діапазону силової установки, передавальних чисел трансмісії та чуйності акселератора. Разом з цим слід зазначити, що момент значно знижується за рахунок ряду протидіючих явищ: сил кочення коліс та тертя у різних вузлах автомобіля, за рахунок аеродинаміки та інших явищ.

Крутний момент vs потужність. Зв'язок із динамікою автомобіля

Потужність є похідною від такого явища, як момент, що крутить, вона виражає роботу силової установки, що здійснюється в даний момент часу. Оскільки КМ уособлює безпосередню роботу двигуна, то величина моменту у період часу відбивається як потужності.

Наступна формула дозволяє наочно побачити взаємозв'язок між потужністю та КМ:

П=М*Н/9549

Де: P у формулі означає потужність, M - момент, що крутить, N - число оборотів двигуна в хвилину, а 9549 - коефіцієнт перетворення N в радіани в секунду. Результатом розрахунків за цією формулою буде число кіловат. Коли потрібно перевести результат до кінських сил, отримане число множиться на 1,36.

По суті, момент, що крутить, — це потужність на часткових швидкостях, наприклад при обгоні. Потужність збільшується в міру збільшення крутного моменту, і чим вище цей параметр, тим більше запас кінетичної енергії, тим легше автомобіль долає сили, що діють на нього, і тим краще його динамічні характеристики.

Важливо пам'ятати, що потужність сягає максимальних значень не відразу, а поступово. Адже машина стартує з мінімальної швидкості, а потім швидкість зростає. Саме тут підключається сила, яка називається крутним моментом, і саме вона визначає період часу, протягом якого автомобіль досягатиме максимальної потужності, або, інакше кажучи, швидкісну динаміку.

З цього випливає, що автомобіль з більш потужним силовим агрегатом, але недостатньо високим моментом, що крутить, буде поступатися в розгоні моделі з двигуном, який, навпаки, не може похвалитися гарною потужністю, але перевершує конкурента в парі. Чим більше тяга, зусилля передається на провідні колеса, і чим багатший діапазон швидкостей силової установки, в якому досягається високий КМ, тим швидше автомобіль розганяється.

При цьому існування крутного моменту можливе без потужності, а існування потужності без крутного моменту - ні. Уявіть, що наш кінь та сани застрягли у бруді. Потужність, вироблена конем в цей момент, дорівнюватиме нулю, але крутний момент (спроба вийти, тяга), хоча і недостатній для руху, буде присутня.

Дизельний момент

Якщо порівнювати бензинові силові установки з дизельними, то відмінністю останніх (всіх без винятку) є більш високий крутний момент при меншій потужності.

Бензиновий двигун внутрішнього згоряння досягає своїх максимальних значень КМ при трьох-чотирьох тисячах оборотів за хвилину, але потім здатний швидко збільшувати потужність, здійснюючи сім-вісім тисяч оборотів за хвилину. Діапазон оборотів колінчастого валу дизеля зазвичай обмежується трьома-п'ятьма тисячами. Однак у дизельних агрегатах хід поршня більший, ступінь стиснення та інші питомі характеристики згоряння палива вищі, що забезпечує не тільки більший відносно бензинових агрегатів момент, що крутить, але і наявність цього зусилля практично з холостого ходу.

З цієї причини від дизелів домагатися підвищеної потужності немає сенсу — надійна і доступна тяга «знизу», високий ККД та паливна економічність повністю нівелюють розрив між такими ДВЗ та бензиновими двигунами, як за потужністю та швидкісним потенціалом.

Особливості правильного розгону машини. Як вичавити з авто максимум

В основі правильного розгону лежить вміння працювати з коробкою передач і дотримуватися принципу «від максимального моменту, що крутить, до максимальної потужності». Тобто досягти найкращої динаміки розгону автомобіля можна лише утримуючи частоту обертання колінчастого валу в діапазоні значень, при яких КМ досягає свого максимуму. Дуже важливо, щоб обороти збігалися з піком моменту, що крутить, але при цьому повинен бути запас для його збільшення. Якщо розганятися до швидкостей вище максимальної потужності, динаміка розгону буде меншою.

Діапазон оборотів, що відповідає максимальному моменту, що крутить, визначається характеристиками двигуна.

Вибір двигуна. Який краще — із високим моментом чи підвищеною потужністю?

Якщо підвести останню рису під усім вищесказаним, стає очевидним, що:

• крутний момент є ключовим фактором, що характеризує можливості силової установки;
• потужність є похідною КМ і тому другорядною характеристикою двигуна;
• пряму залежність потужності від крутного моменту можна побачити у виведеній фізиками формулі Р (потужність) = М (крутний момент) * n (частота обертання колінчастого валу за хвилину).

Таким чином, при виборі між двигуном з більшою потужністю, але меншим моментом, що крутить, і двигуном з більшою КМ, але меншою потужністю, буде переважати другий варіант. Тільки такий двигун дозволить використати весь потенціал, закладений у автомобілі.

При цьому не можна забувати про взаємозв'язок динамічних характеристик автомобіля з такими факторами, як прийомистість дросельної заслінки та коробки передач. Найкращим варіантом буде той, у якого не тільки тяговитий мотор, але й найменша затримка між натисканням на педаль газу та відгуком двигуна, і трансмісія з короткими передатними числами. Наявність цих особливостей компенсує малу потужність двигуна, змушуючи автомобіль розганятися швидше, ніж автомобіль із двигуном аналогічної конструкції, але з меншою тягою.