Какому двигателю отдать предпочтение
Из-за разных типов мотора одна и та же модель может отличаться по показателям мощности мотора и крутящему моменту, при этом разница может быть значительной.
Бензиновый двигатель
Бензиновый двигатель формирует воздушно-топливную смесь, заполняющую цилиндр. Температура внутри него поднимается до примерно 500 градусов. У таких моторов номинальный коэффициент сжатия составляет порядка 9-10, реже 11 единиц. Поэтому, когда происходит впрыск необходимо использование свечей зажигания.
Дизельный двигатель
В цилиндрах работающего на дизеле движка коэффициент сжатия смеси может достигать показателя в 25 единиц, температура – 900 градусов. Поэтому смесь зажигается без использования свечи.
Электродвигатель
Автомобильный трехфазный асинхронный электродвигатель работает по совершенно другим законам, поэтому его мощность и КМ отличаются от традиционных кардинально. Электромотор состоит из ротора и статора, кратность которых позволяет выдавать пиковый КМ (600 Нм) на любой скорости. При этом мощность электродвигателя, например, у Теслы, составляет 416 л. с.
Чтобы ответить на вопрос – дизельный, бензиновый или электродвигатель лучше, надо сначала исключить третий вариант, поскольку электродвигатели пока не так распространены, как первые два типа.
Кроме того, благодаря большему крутящему момент автомобиль, использующийся как грузовой, обладает большей грузоподъемностью за счет двигателя. Особенно если двигатель дизель-генераторный.
Момент и мощность
Возникает вопрос — если КМ так легко увеличить в разы, то что ограничивает его рост? Ответ даёт та же физика. Как бы не переключалась трансмиссия, есть основная характеристика двигателя, которую изменить она не в состоянии — это мощность.
Мощность двигателя простыми словами равна произведению момента на скорость вращения. То есть выигрывая в скорости, проигрываем в моменте и наоборот. Более того, это является основой для парадоксального многим заключения — значение момента вообще не должно интересовать водителя. Можно ведь просто раскрутить двигатель при увеличенном передаточном числе, сила на колёсах будет той же.
Зависимость крутящего момента и мощности
Понятия мощности двигателя и крутящего момента затрагиваются в различных источниках информации и технической литературе. Да и сами автомобилисты очень часто упоминают о них. Именно эти величины позволяют наглядно представить самые важные параметры легковых и грузовых автомашин
Важность их обусловлена ещё и тем, что они помогают определить, как поведёт себя машина в тех или иных реальных условиях
Например, редуктор непосредственно влияет на то, как функционирует двигатель.
Рассмотрим пр.актический случай.
Для увеличения КМ пикап может функционировать на низких передачах, если возникает необходимость перемещать крупногабаритный груз немалого веса. Но если рядом поставить два пикапа и заставить их передвигаться на одинаковых передачах, то один из них вполне сможет перевезти груз намного тяжелее, поскольку у него могут быть в запасе лишние лошадиные силы. Следовательно, чем больше имеется «лошадок» под капотом автомобиля, тем выше КМ.
Поставим рядом трактор и спортивный болид.
Болид имеет очень много «лошадей», но КМ необходим ему, чтобы посредством редуктора развивать скорость.
Для его движения не требуется прикладывать много работы, поэтому большая часть сил уходит именно на наращивание скорости. Трактор − дело другое. На нём может быть установлен движок такого же объёма, да и «лошадей» он может вырабатывать в таком же количестве, как и болид, но… Его мощность обеспечивается посредством работы редуктора. Он никогда не придёт на финиш раньше болида, но легко дотащит его до финиша. Несмотря на то, что КМ и мощность сильно взаимосвязаны, у них совершенно разные роли.
Что такое крутящий момент двигателя автомобиля простыми словами
Крутящий момент и мощность двигателей ВАЗ. Как видно из графиков, максимальная мощность достигается только на максимальных оборотах, тогда как пик крутящего момента находится между 3000 и 4500 оборотов.
Чтобы ответить на этот вопрос простыми словами нужно сначала выяснить, что подразумевается под терминами «мощность», «крутящий момент», а также число оборотов. С первой из этих характеристик дело обстоит несколько проще, поскольку всем тем, кто хорошо учился в средней школе, известно, что мощность — это работа, производимая в единицу времени.
Двигатель внутреннего сгорания, потребляя топливо, преобразовывает тепловую энергию его сгорания в кинетическую, совершая при этом работу. Она заключается во вращении коленчатого вала, и этот показатель измеряется в количестве оборотов в минуту. Соответственно, от частоты, с которой в цилиндрах ДВС происходит сгорание топливной смеси, напрямую зависит и работа, которую производит двигатель, и его мощность. Зависимость эта — прямо пропорциональная.
Что же касается крутящего момента, то с ним отнюдь не все так очевидно, как с мощностью и количеством оборотов. Он является, по сути дела, величиной, производной от них и представляет собой произведение силы на плечо рычага. Поскольку сила (в данном случае та, которая возникает при сгорании топлива и воздействует на поршень) измеряется в физике в ньютонах, а длина (в данном случае — длина плеча кривошипа коленчатого вала) — в метрах, то единицей измерения крутящего момента, является Нм.
Таким образом, получается, что крутящий момент представляет собой усилие, которое развивает двигатель. Именно его значение определяет силу тяги, обеспечивающую разгон автомобиля и его движение. Следовательно, чем больше крутящий момент, тем автомобиль «резвее», что есть тем лучше его динамика. Поскольку сила, воздействующая на поршень при сгорании топлива, растет с увеличением рабочего объема двигателя, то чем он больше, тем выше крутящий момент.
Следует заметить, что в характеристиках двигателей внутреннего сгорания всегда указывается максимальная мощность, которую они способны развить. Крутящий момент определяет, как быстро она достигается, и поэтому он указывается для конкретного числа оборотов. Иными словами, он определяет, как быстро силовой агрегат «выбирает» тот потенциал мощности, который в нем заложен конструкторами. Именно поэтому, к примеру, при достаточно спокойной езде на невысоких оборотах (до 2500 об/мин) для быстрого ускорения самым предпочтительным двигателем является тот, который имеет максимальный крутящий момент именно на них.
Так что же важнее и лучше?
Здесь сложно сказать одно выходит из другого. С одной стороны момент, позволит развивать вам быстро максимальную мощность, в примере с дизелем, но он не сможет крутиться до таких оборотов как бензин, а значит его максимальная мощность в пике будет ниже. Тут знаете, кому что нужно, может быть вы водитель коммерческого транспорта, и вам не нужна максимальная скорость но важна тяга «с низов». Или наоборот, вы любите турбо моторы, которые крутятся до 8000 – 9000 оборотов и выстреливают с места.
Лично мне нравятся новые бензиновые агрегаты, такие как скажем у МАЗДЫ, мотор Skyactiv которые сейчас устанавливаются на многие модели. Здесь увеличили степень сжатия, немного приблизили мотор к дизелю, но он остался бензиновым с высокими оборотами. Здесь есть и мощность и крутящий момент, золотая середина! Думаю за такими моторами будущее (если не брать гибриды и электромобили).
И запомните: — крутящий момент толкает машину вперед, а вот мощность это то, что этот момент производит. Так что покупаем лошадиные силы, а ездим на моменте!
Сейчас видео версия статьи, смотрим.
А сейчас голосование, что вы считаете важнее – крутящий момент или мощность двигателя.
НА этом заканчиваю, читайте наш АВТОБЛОГ, подписывайтесь на канал в YOUTUBE.
Простым языком о крутящем моменте
Если внимательно изучить основные характеристики двигателя авто, то можно столкнуться со следующими понятиями:
- уровень мощности мотора машины, который измеряется в лошадиных силах;
- крутящий момент мотора машины (измеряется в ньютонометрах);
- число оборотов, которые мотор машины делает в течение одной минуты.
Подавляющее большинство людей, которые видят значение в 100 или же в 200 л.с. считают, что это хорошо. И, по большому счету, это действительно так. 100 л.с. или же лошадиных сил являются очень хорошими показателями для городских кроссоверов, которые отличаются компактными размерами, или же для мощных хэтчбеков.
Однако такие характеристики как крутящий момент, число оборотов, которые мотор делает в течение одной минуты, являются не менее важными характеристиками мотора. Потому как уровень мощности в 200 л.с. может быть достигнут, только когда мотор автотранспортного средства работает на пределе. От крутящего момента и будет зависеть быстрота разгона транспортного средства.
Допустим, что вы едете на своей машине по автомобильной трассе на большой скорости, включив четвертую или же пятую передачу. Если вдруг дорога станет подниматься, то уровень мощности мотора вашего транспортного средства может просто оказаться недостаточно.
По этой причине вам придется переходить на низкие передачи, уровень мощности мотора, соответственно, от этого будет увеличиваться. Крутящий же момент обеспечивает увеличение уровня мощности мотора автотранспортного средства, помогая активизировать все его силы на то, чтобы преодолеть препятствие.
Это будет зависеть главным образом от конкретной марки транспортного средства. Что касается двигателей дизельного типа, то у них максимальный крутящий момент в подавляющем большинстве случаев наблюдается на трех-четырех тысячах оборотов в течение одной минуты.
Соответственно, у них гораздо лучше динамика разгона. Тем не менее, в плане максимального уровня мощности они очень сильного проигрывают двигателям, которые работают на бензине.
Ну и для того, чтобы читателям было совсем понятно, что представляет собой крутящий момент, расскажем о единицах, в которых он измеряется. Это метры и ньютоны. Это та сила, с которой мощность поступает от поршня на маховик через коленвал. И уже от него на трансмиссию (коробку передач). От скорости движения поршня будет непосредственным образом зависеть скорость движения маховика.
Хотя существуют и такие автотранспортные средства, мотор которых вырабатывает тягу даже при низких оборотах. К таким в частности, можно отнести различного рода трактора, самосвалы, а также внедорожники.
От чего зависит крутящий момент мотора автотранспортного средства
Само собой разумеется, что самые мощные моторы транспортных средств обладают достаточно крупными размерами. Соответственно, если ваше транспортное средство – это малолитражка или же компактный хэтчбек, то у вас не получится ни резко разогнаться, ни «стартануть» с места.
Исходя из этого, на малолитражках двигатель используется только лишь на половину своей максимальной мощности. В то время как мощные транспортные средства способны разгоняться практически с места. При этом отсутствует необходимость в быстром переключении передач.
Еще одним важным параметром, который оказывает самое непосредственное влияние на крутящий момент мотора автотранспортного средства, является его эластичность. Этот параметр показывает соотношение числа оборотов, которое делает мотор в течение одной минуты, и уровня мощности.
Даже на низкой передаче авто может ехать с достаточно высокой скоростью при двигателе, работающем на полную мощность. Это является особенно актуальным при езде по городским улицам, потому как там водителям приходится постоянно притормаживать, разгоняться, а потом снова притормаживать.
При езде по автомобильной трассе это тоже очень выгодно, потому как можно разогнать двигатель транспортного средства до необходимого количества оборотов всего одним нажатием на педаль.
Дизельный момент. Отличия между КМ бензинового и дизельного двигателей
Если сравнивать бензиновые силовые установки с дизельными, то отличительной особенностью последних (всех без исключения) является повышенный крутящий момент при меньшем количестве лошадиных сил.
Бензиновый ДВС достигает своих максимальных значений КМ при трех-четырех тысячах оборотов в минуту, но затем способен стремительно нарастить мощность, раскрутившись за минуту до семи-восьми тысяч раз. Диапазон оборотов же коленчатого вала дизельного двигателя обычно ограничен тремя-пятью тысячами. Однако в дизельных установках больше ход поршня, выше уровень сжатия и другая специфика сгорания топлива, что обеспечивает не только более высокий относительно бензиновых установок крутящий момент, но и доступность этой силы едва ли не с холостого хода.
По этой причине смысла добиваться повышенной мощности дизельных двигателей нет: уверенная, доступная «с низов» тяга, высокий коэффициент полезного действия и топливная эффективность полностью нивелируют отставание таких ДВС от бензиновых как по мощностным показателям, так и по скоростному потенциалу.
Как рассчитывается мощность двигателя?
Расчет мощности мотора проводится несколькими способами. Самый доступный способ – через крутящий момент. Умножаем крутящий момент на угловую скорость – получаем мощность двигателя.
N_дв=M∙ω=2∙π∙M∙n_дв
где:
N_дв – мощность двигателя, кВт;
M – крутящий момент, Нм;
ω – угловая скорость вращения коленчатого вала, рад/сек;
π – математическая постоянная, равная 3,14;
n_дв – частота вращения двигателя, мин-1.
Мощность рассчитывается и через среднее эффективное давление. Камера сгорания имеет определенный объем. Разогретые газы воздействуют на поршень в цилиндре с определенным давлением. Двигатель вращается с некоторой частотой. Произведение объема двигателя, среднего эффективного давления и частоты вращения, поделенное на 120, и даст теоретическую мощность двигателя в кВт.
N_дв=(V_дв∙P_эфф∙n_дв)/120
где:
V_дв – объем двигателя, см3;
P_эфф – эффективное давление в цилиндрах, МПа;
120 – коэффициент, применяемый для расчета мощности четырехтактного двигателя (у двухтактных ДВС этот коэффициент равен 60).
Для расчета лошадиных сил киловатты умножаем на 0,74.
N_(дв л.с.)=N_дв∙0,74
где:
N_дв л.с. – мощность двигателя в лошадиных силах, л. с.
Другие формулы мощности двигателя используются в реальных расчетах реже. Эти формулы включают в себя специфичные переменные. И чтобы измерить мощность двигателя по другим методикам, нужно знать производительность форсунок или массу потребленного двигателем воздуха.
На практике расчет мощности автопроизводители выполняют эмпирическим способом, то есть замеряют на стенде и строят график зависимости по факту, на основании полученных во время испытаний показателей.
Мощность двигателя – величина непостоянная. Для каждого мотора есть кривая, которая отображает на графике зависимость мощности от частоты вращения коленчатого вала. До определенного пика, примерно до 4-5 тысяч оборотов, мощность растет пропорционально оборотам. Далее идет плавное отставание роста мощности, кривая наклоняется. Примерно к 7-8 тысячам оборотов мощность идет на спад. Сказывается перекрытие клапанов на большой частоте вращения коленвала и падение КПД мотора из-за недостаточно интенсивного газообмена.
Чтобы узнать мощность двигателя, обратитесь к инструкции по эксплуатации авто. В разделе с техническими характеристиками мотора будет указана мощность и обороты, при которых она достигает пикового значения. Если мощность указана киловаттах, чтобы рассчитать лошадиные силы двигателя, воспользуйтесь приведенной выше формулой. В некоторых случаях автопроизводитель предоставляет график, на котором есть зависимость мощности двигателя и крутящего момента от частоты оборотов.
Что означает термин «крутящий момент двигателя» (КМ)
Однажды всем известный ещё по школе изобретатель из Шотландии Джеймс Уатт увидел работу лошади, которая трудилась в шахте и с помощью специальной машины поднимала из неё уголь. Он предложил ввести определение «лошадиная сила». Случилось это ещё в далёком XVIII веке. Проведя некоторые вычисления, изобретатель пришёл к выводу, что лошадь может в течение шестидесяти секунд доставлять на тридцатиметровую высоту сто пятьдесят килограммов угля.
Момент силы обозначается Н·м (Ньютон-метр). Эта единица измерения включена в Международную систему единиц «СИ». А вот лошадиные силы оказались вне этой системы, но ими начали обозначать мощность. Лошадиная сила равняется 735,5 Вт (кстати, термин «Ватт» также изобрёл гениальный шотландец). Позднее, этим термином стали обозначать мощность автомобильного двигателя.
Так что же кроется за термином «КМ мотора»? В отличие от мощности, эта тяговая характеристика весьма смутно характеризует нам реальные возможности машины.
Первоначально определимся с понятиями. Под крутящим моментом, если объяснять простыми словами, понимается показатель работы мотора, а мощность определяет выполнение данной работы.
Чтобы открыть для себя всю полноту понятия КМ, следует понимать, что момент силовой установки и момент автомобильных колёс совершенно различны между собой.
КМ мотора − величина, которая равна усилию, передаваемому плечу (Н·м). Иначе говоря, это сила, которую через поршень и шатун оказывают отработанные газы на плечо кривошипного механизма коленчатого вала. Эта величина отображает только потенциал двигателя, а движение машины происходит за счёт КМ на колёсах.
Чтобы понять и оценить истинные возможности машины в тяговом и динамическом плане, основываясь на КМ двигателя, предстоит проделать довольно сложные расчёты КМ на автомобильные колёса. Придётся заглянуть в паспорт автомобиля и найти величину оборотов мотора, передаточное число коробки переключения передач и главной передачи, размер колёс в диаметре и многое другое. В то же время заявленная мощность автомобильного двигателя не нуждается в проведении отдельных вычислений и явно показывает все тяговые и динамические возможности авто, а стало быть − КМ на колёсах.
Бензиновый или дизельный мотор, что лучше
Мнения по поводу характеристик бензиновых и дизельных силовых установок расходятся. При одинаковых объемах рабочих цилиндров, мощностной коэффициент отличается.
Бензиновая установка
Воспламенение рабочей смеси в камере сгорания бензинового ДВС осуществляется следующим образом:
- В полость рабочего цилиндра поступает смесь, при движении поршневого элемента к нижней мертвой точке;
- После заполнения камеры сгорания рабочей смесью поршень начинает движение к верхней мертвой точке. При этом закрываются клапана механизма распределения газов. Под действием поршневого элемента рабочая смесь сжимается;
- При максимальном сжатии срабатывает свеча зажигания. Она подаёт искру в полости цилиндра. Смесь воздушной массы с горючим воспламеняется от искры;
После передачи усилия на шейку коленчатого вала открывается выпускной клапан механизма распределения газов. Выхлопные газы выводятся в атмосферу.
Благодаря своей конструкции бензиновый агрегат отличается большим количеством лошадиных сил. При этом степень вращения низкая. Моторы развивают большое количество оборотов.
Дизельная установка
Конструкция мотора работающего на дизельном топливе отличается. Воспламенение горючего осуществляется без применения свечи зажигания. Процесс происходит следующим образом:
- При движении поршневого элемента к нижней мертвой точке открывается впускной клапан механизма распределения газов. В отличие от бензинового ДВС в полость цилиндра поступает воздушная масса без горючего;
- При смещении поршня к верхней мертвой точке, оба клапана газораспределительного механизма закрываются;
- По достижению воздушной массой максимального сжатия в камеру подается дизельное топливо;
- Под действием давление топливо воспламеняется.
Конструкция дизельного мотора предусматривает более высокую компрессию. Это увеличивает усилие оказываемое на кривошипно-шатунный механизм. Дизельные моторы развивают более низкое число оборотов. Их увеличение приводит к уменьшению срока службы комплектующих.
Высокое усилие позволяет дизельному мотору потреблять минимальное количество топлива на холостом ходу и более динамично разгонять транспортное средство до достижения им максимальной мощности с места. Такой показатель важен на тракторах и различных самоходных машинах использующихся под высокой нагрузкой.
Возможное увеличение
Конструкторы при разработке закладывают будущее значение крутящего момента. На основании него разрабатываются остальные элементы и узлы автомобиля, включая подвеску, тормоза, рулевой блок и пр.
Последующего самостоятельного повышения показателя существует несколько. К ним относится увеличение геометрических размеров поршневой группы, замена форсунок на более мощные. Автомобилисты внедряют также чип-тюнинг, перепрограммируя электронный блок управления. В результате удается добиться повышения на 20–25% от заводских характеристик. Ценник на выполняемую работу окажется доступен для большинства автолюбителей.
Доступная для понимания расшифровка
Чтобы разобраться, что такое крутящий момент двигателя автомобиля простыми словами, важно дифференцировать для себя его и обозначение мощности. В последнем случае под мощностью принято понимать работу, получаемую в минуту, что знают все из курса физики
Силовая бензиновая или дизельная установка потребляет жидкое топливо и преобразовывает после сгорания полученную тепловую энергию в кинетический вид. Во время процесса совершается работа, в результате которой обеспечивается вращение коленчатого вала. Возникает новый показатель, характеризующий частоту вращения коленвала в единицу времени, например, обороты в минуту.
В случае с крутящим моментом соотношения между основными показателями процессов оказываются несколько отличными. Получаемое значение в большей степени проявляется в качестве произведения между имеющимся рычагом плеча и генерируемой мотором силой. Последняя формируется в процессе сгорания топлива и обеспечения нагрузки на рабочую часть поршня, толкающую колено вала. Силу традиционно мерят Ньютонами, а размеры принято мерить в метрах, в расчете принимает участие длина от оси до точки нагрузки на кривошипном узле коленвала, что позволяет измерять крутящий момент в «ньютоно-метрах (Н*м)».
Фактически под понятием крутящего момента понимается усилие, способное развиваться конкретным мотором. Благодаря этому удается определить тяговитость авто, способствующую быстрому набору скорости и дальнейшему движению. Рассматривая закономерность, где на графике изображена зависимость крутящего момента двигателя, необходимо отметить, что искомый параметр отвечает за «резвость» ТС и динамические характеристики
Важно отметить, что образуемая при сгорании бензина сила будет повышаться при росте объема цилиндров, соответственно этот параметр находится в прямой зависимости с КМ
Как правило, среди основных характеристик силовой установки присутствует наибольшая развиваемая мощность транспортным средством. Благодаря крутящему моменту удается понять, насколько быстро автомобиль сможет достигнуть установленного значения. В подобном случае будет уместно демонстрировать связку крутящий момент/достигаемые обороты.
Говоря простыми словами, автомобилисту будет просто узнать, как скоро ДВС достигает пиковых мощностных показателей, заложенных конструкционно. В большинстве случаев при относительно небольшом по современным меркам значении в 2500 об/мин и спокойной езде наиболее предпочтительным является транспорт, который развивает наибольший крутящий момент при описанных условиях.
Соответственно как понять максимальный крутящий момент Нм при об/мин, что это? В итоге – это способность реализовывать ускорение и динамику. Среди силовых установок примерно с равными конструкционными характеристиками стоит отдавать предпочтение тем, которые наделены увеличенным крутящим моментом.
Пример решения задачи на кручение стержня круглого сечения
Кручение стержня круглого сечения – условие задачи
К стальному валу постоянного поперечного сечения (рис. 3.8) приложены четыре внешних скручивающих момента: кН·м; кН·м; кН·м; кН·м. Длины участков стержня: м; м, м, м. Требуется: построить эпюру крутящих моментов, определить диаметр вала при кН/см2 и построить эпюру углов закручивания поперечных сечений стержня.
Определяем реактивный момент, возникающий в жесткой заделке
Обозначим момент в заделке и направим его, например, против хода часовой стрелки (при взгляде навстречу оси z).
Запишем уравнение равновесия вала. При этом будем пользоваться следующим правилом знаков: внешние скручивающие моменты (активные моменты, а также реактивный момент в заделке), вращающие вал против хода часовой стрелки (при взгляде на него навстречу оси z), считаем положительными.
Тогда
кН·м.
Знак «плюс» в полученном нами выражении говорит о том, что мы угадали направление реактивного момента , возникающего в заделке.
Строим эпюру крутящих моментов
Напомним, что внутренний крутящий момент , возникающий в некотором поперечном сечении стержня, равен алгебраической сумме внешних скручивающих моментов, приложенных к любой из рассматриваемых частей стержня (то есть действующих левее или правее сделанного сечения). При этом внешний скручивающий момент, вращающий рассматриваемую часть стержня против хода часовой стрелки (при взгляде на поперечное сечение), входит в эту алгебраическую сумму со знаком «плюс», а по ходу – со знаком «минус».
Соответственно, положительный внутренний крутящий момент, противодействующий внешним скручивающим моментам, направлен по ходу часовой стрелки (при взгляде на поперечное сечение), а отрицательный – против ее хода.
Разбиваем длину стержня на четыре участка (рис. 3.8, а). Границами участков являются те сечения, в которых приложены внешние моменты.
Делаем по одному сечению в произвольном месте каждого из четырех участков стержня.
Cечение 1 – 1. Мысленно отбросим (или закроем листком бумаги) левую часть стержня. Чтобы уравновесить скручивающий момент кН·м, в поперечном сечении стержня должен возникнуть равный ему и противоположно направленный крутящий момент . С учетом упомянутого выше правила знаков
кН·м.
Сечения 2 – 2 и 3 – 3:
кН·м;
кН·м.
Сечение 4 – 4. Чтобы определить крутящий момент, в сечении 4 – 4 отбросим правую часть стержня. Тогда
кН·м.
Легко убедиться в том, что полученный результат не изменится, если мы отбросим теперь не правую, а левую часть стержня. Получим
кН·м.
Для построения эпюры крутящих моментов проводим тонкой линией ось, параллельную оси стержня z (рис. 3.8, б). Вычисленные значения крутящих моментов в выбранном масштабе и с учетом их знака откладываем от этой оси. В пределах каждого из участков стержня крутящий момент постоянен, поэтому мы как бы «заштриховываем» вертикальными линиями соответствующий участок. Напомним, что каждый отрезок «штриховки» (ордината эпюры) дает в принятом масштабе значение крутящего момента в соответствующем поперечном сечении стержня. Полученную эпюру обводим жирной линией.
Отметим, что в местах приложения внешних скручивающих моментов на эпюре мы получили скачкообразное изменение внутреннего крутящего момента на величину соответствующего внешнего момента.
Определяем диаметр вала из условия прочности
Условие прочности при кручении имеет вид
,
где – полярный момент сопротивления (момент сопротивления при кручении).
Наибольший по абсолютному значению крутящий момент возникает на втором участке вала: кН·см.
Тогда требуемый диаметр вала определяется по формуле
см.
Округляя полученное значение до стандартного, принимаем диаметр вала равным мм.
Крутящий момент дизельного двигателя
Особенностью дизельных двигателей сравнительно с бензиновыми аналогами является более высокий крутящий момент и меньшая мощность. Дело в том, что дизельные моторы имеют суженный диапазон оборотов. Это связано с конструктивными отличиями таких моторов (ход поршня), а также более высокой степенью сжатия и спецификой процесса сгорания дизтоплива.
Другими словами, дизель изначально не приспособлен для работы на высоких оборотах. Следовательно, агрегат не так хорошо раскручивается. Параллельно с этим температура выхлопа у дизельного двигателя ниже по сравнению с бензиновым, а также на «низах» моторы на солярке не так склонны к детонации. В результате конструкторы смогли установить сложные и максимально эффективные системы турбонаддува именно на дизель.
Благодаря таким особенностям крутящий момент дизельного двигателя на низких оборотах намного выше аналогичных атмосферных или тубированных бензиновых ДВС. Поднимать мощность такого агрегата не имеет смысла, так как уверенная тяга на низах, высокий КПД и топливная экономичность полностью перекрывают небольшое отставание дизелей по показателю мощности и максимальной скорости.
Добавим, что потенциал дизеля позволяет сделать его даже мощнее бензиновых собратьев, но это приведет к существенному удорожанию и утяжелению всей конструкции двигателя. Также понадобится доработка системы питания дизельного мотора и установка более выносливой КПП, которая будет способна выдерживать просто огромный крутящий момент. Не следует забывать и об экологических нормах, для соответствия которым мощные дизели потребуют серьезной модернизации. Получается, поднимать мощность дизеля сегодня попросту нецелесообразно.
Зависимость крутящего момента
Значение ньютоно-метров, полученных той или иной маркой автомобиля зависит от нескольких факторов:
- площадь рабочей части поршня;
- объем двигателя;
- значение компрессии в цилиндрах;
- расстояние от кривошипа до основной оси коленвала.
Для рабочего объема при остальных равных значениях существует прямая зависимость. Больший суммарный объем цилиндров характеризуется повышенным моментом.
Аналогичную зависимость можно проследить и для радиуса, на котором располагается колено кривошипа. Однако, стоит учесть, что подобное значение в современных транспортных средствах варьируется достаточно в ограниченном диапазоне. Это соотносится с конструкционными особенностями современных двигателей и максимальной унификации отдельных узлов.
Вырабатываемое давление внутри цилиндров также обладает прямой зависимостью с крутящим моментом. Это обоснованно укладывается в имеющуюся формулу, ведь чем выше окажется показания манометра, тем интенсивней усилие на поршень на выходе схемы.
Мощность через крутящий момент
Один из способов вычисления мощности является определение зависимости крутящего момента мотора от количества оборотов.
Любой момент в физике – произведение силы на плечо ее приложения. Крутящий момент – произведение силы, которую может развивать двигатель для преодоления сопротивления нагрузки, на плечо ее приложения. Именно данный параметр определяет, насколько быстро мотор достигает своей максимальной мощности.
Крутящий момент можно определить, как отношение произведения рабочего объема на среднее эффективное давление в камере сгорания к 0,12566 (константа):
M = (Vрабочий * Pэффективное)/0,12566, где Vрабочий – рабочий объем мотора , Pэффективное – эффективное давление в камере сгорания .
Обороты двигателя характеризуют скорость вращения коленвала.
Используя величины крутящего момента и оборотов двигателя, можно использовать следующую формулу расчета мощности двигателя:
P = (M * n)/9549, где M – крутящий момент , n – скорость вращения вала [об/мин], 9549 – коэффициент пропорциональности.
Рассчитанная мощность измеряется в киловаттах. Чтобы перевести вычисленную величину в лошадиные силы, нужно результат умножить на коэффициент пропорциональности 1,36.
Этот способ вычисления состоит в использовании всего двух элементарных формул, поэтому считается одним из самых простых. Правда, можно поступить еще проще и воспользоваться онлайн-калькулятором, в который необходимо внести определенные данные об автомобиле и его двигательном агрегате.
Стоит заметить, что данная формула расчета мощности двигателя позволяет рассчитать лишь ту мощность, которая получается на выходе двигателя, а не ту, которая реально доход до колес автомобиля. В чем разница? Пока мощность (если представить ее как поток) доходит до колес, она испытывает потери в раздаточной коробке, например. Играют весомую роль и побочные потребители вроде кондиционера или генератора. Нельзя не упомянуть потери на преодоление сопротивления подъему, качению, а также аэродинамическому сопротивлению.
Частично этот недостаток компенсируется использованием других расчетных формул.
