Что означает крутящий момент двигателя в автомобиле

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 падения — 9,81 м/см2) 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 (с низов) ведут себя достаточно резво, другие напротив предпочитают лишь высокие обороты, а на низах показывают вялую динамику.

Так у многих возникает масса вопросов, когда они с авто с бензиновым мотором мощностью 105-120 л.с. пересаживаются на 70-80 – сильный дизель, то последний с легкостью обходит машину с бензиновым мотором. Как такое может быть?

Связано это с величиной тяги на ведущих колесах, которая различна для этих двух автомобилей. Величина тяги напрямую зависит от произведения таких показателей как, величины крутящего момента, передаточного числа трансмиссии, ее КПД и радиуса качения колеса.

Как создается крутящий момент в двигателе

В двигателе нет метровых рычагов и грузов, и их заменяет кривошипно-шатунный механизм с поршнями. Крутящий момент в двигателе образуется за счет сгорания топливо — воздушной смеси, которая расширяясь в объеме с усилием толкает поршень вниз. Поршень в свою очередь через шатун передает давление на шейку коленчатого вала. В характеристике двигателя нет значения плеча, но есть величина хода поршня (двойное значение радиуса кривошипа коленвала).

Для любого мотора крутящий момент рассчитывается следующим образом. Когда поршень с усилием 200 кг двигает шатун на плечо 5 см, появляется крутящий момент 10 кГс или 98,1Нм. В данном случает для увеличения крутящего момента нужно либо увеличить радиус кривошипа, или же увеличить давление расширяющихся газов на поршень.

До определенной величины можно увеличить радиус кривошипа, но будут расти и размеры блока цилиндров как в ширину, так и в высоту и увеличивать радиус до бесконечности невозможно. Да и конструкцию двигателя придется значительно упрочнять, так как будут нарастать силы инерции и другие отрицательные факторы. Следовательно, у разработчиков моторов остался второй вариант – нарастить силу, с которой поршень передает усилие для прокручивания коленвала. Для этих целей в камере сгорания нужно сжечь больше горючей смеси и к тому же более качественно. Для этого меняют величину и конфигурацию камеры сгорания, делают «вытеснители» на головках поршней и повышают степень сжатия.

Однако максимальный крутящий момент доступен не на всех оборотах мотора и у различных двигателей пик момента достигается на различных режимах. Одни моторы выдают его в диапазоне 1800- 3000 об/мин, другие на 3000-4500 об/мин. Это зависит от конструкции впускного коллектора и фаз газораспределения, когда эффективное наполнение цилиндров рабочей смесью происходит при определенных оборотах.

Наиболее простое решение для увеличения крутящего момента, а следовательно и тяги, это применение турбо или механического наддува, либо применение их в комплексе. Тогда кртящий момент можно уже использовать с 800-1000 об/мин, т.е. практически сразу при нажатие на педаль акселератора. 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.

Крутящий момент двигателя: на что влияет и почему он так важен

Что такое крутящий момент двигателя, почему про него часто забывают и как он связан с мощностью

https://ria.ru/20221217/dvigatel-1839454906.html

Крутящий момент двигателя: что это такое, как его увеличить

Крутящий момент двигателя: что это такое, какой должен быть, на что влияет

Крутящий момент двигателя: что это такое, как его увеличить

Крутящий момент двигателя — показатель силы оборотов коленчатого вала. О том, что это такое, каким бывает максимальный показатель, как рассчитать величину по… РИА Новости, 17.12.2022

2022-12-17T21:06

2022-12-17T21:06

2022-12-17T21:06

экономика

авто

василий нестеренко

https://cdnn21.img.ria.ru/images/07e6/0c/0f/1838950260_0:160:3072:1888_1920x0_80_0_0_3e9dbde83e08542b196b4bab1fce8ef1.jpg

МОСКВА, 17 дек — РИА Новости. Крутящий момент двигателя — показатель силы оборотов коленчатого вала. О том, что это такое, каким бывает максимальный показатель, как рассчитать величину по формуле, используя число оборотов, и какой должен быть показатель в зависимости от вида двигателя — в материале РИА Новости.Крутящий момент двигателяПри покупке автомобиля многие руководствуются такой характеристикой, как мощность двигателя. Однако есть еще один важный показатель — крутящий момент двигателя, о котором необходимо знать для дальнейшей эффективной эксплуатации транспортного средства.Что этоКрутящий момент двигателя — одна из характеристик мотора, которая позволяет оценить его динамичность и способность разгонять машину в широком диапазоне скоростей. Это расчетный параметр прикладываемой силы на плечо рычага. В качестве единицы измерения выступает Ньютон на метры (Н*м). Также крутящий момент двигателя определяют как показатель характеристики силы вращения коленчатого вала (механической детали автомобиля).Для простого примера можно представить обычный ручной комбайн с крутящейся ручкой. Прикладываемая сила в нем — это та сила, с которой человек крутит ручку. Плечом является сама ручка, а ее длина обозначает сам крутящий момент (КМ) — чем она длиннее, тем он выше.“Крутящий момент — это величина непостоянная. Она изменяется вместе с количеством поступающей в цилиндр смеси и оборотами двигателя. Поэтому при оценке крутящего момента обязательно учитывается его зависимость от оборотов”, — пояснил автомеханик Василий Нестеренко.На что влияетКМ прямым образом влияет на быстроту развития скорости. Кроме этого, крутящий момент позволяет понять, насколько сильный двигатель у автомобиля. То есть чем выше эта характеристика (показатель силы), тем мощнее машина.От чего зависитВеличина КМ зависит от нескольких важных показателей:Каждый из них взаимосвязан — рост объема двигателя провоцирует рост силы, что в итоге выражается в значении крутящего момента. То же касается и рабочего давления, создаваемого в цилиндрах — чем оно выше, тем больше сила, давящая на площадь поршня. Радиус кривошипа обуславливается той же схемой, однако в современных двигателях этот показатель можно варьировать только в ограниченных рамках.Формула расчетаЧтобы рассчитать крутящий момент в ньютонах, можно использовать общепринятую формулу:M = P х 9550 / NP — мощность двигателя в киловаттах (кВт).N — число оборотов двигателя в минуту.M — крутящий момент.9550 — постоянный коэффициент в формуле.Такая формула позволяет оценить эффективность крутящего момента в совокупности с мощностью и числом оборотов двигателя в минуту.Чтобы не запутаться, можно использовать конвертер на разных автолюбительских сайтах в интернете. Кроме этого, если есть необходимость вычислить крутящий момент двигателя, мощность которого выражается в лошадиных силах, то можно применить калькулятор перевода из данного показателя в киловатты.Увеличение крутящего моментаВеличина крутящего момента напрямую отражает эффективность двигателя внутреннего сгорания, а также позволяет оценивать время разгона машины. Повлиять на этот результат можно несколькими способами:Кроме вышеперечисленных способов, можно также попробовать настроить карбюратор, увеличить турбонаддув, заменить форсунки, увеличить компрессию или выполнить расточку цилиндров.“Как правило, для увеличения используют сразу несколько вариантов на выбор, чтобы достичь нужных значений”, — прокомментировал эксперт.Максимальный крутящий моментМаксимальный крутящий момент — это пик, после которого показатель не растет. Уровень КМ зависит от оборотов в цилиндре. При малых вращениях показатель низкий, при средних — начинает расти, а при максимальных — достигает пика.Стоит понимать, что при максимальных значениях “теряются” значения крутящего момента из-за сильного разогрева масла, трения поршней и других деталей. Поэтому рост качества работы прекращается и идет на спад.“Самый максимальный крутящий момент выдают бензиновые двигатели (при оборотах 3000-6000 в минуту в зависимости от марки машины)”, — добавил Василий Нестеренко.Крутящий момент у бензиновых и дизельных моторовУ разных двигателей могут значительно отличаться показатели крутящего момента. При условии одинакового объема двигателя дизельный мотор позволяет разгоняться быстрее, в то время как бензиновый дает более высокую скорость.На низких оборотах разница наиболее заметна — дизель способен развивать тягу практически сразу, а бензиновому нужно время раскрутиться. Однако у дизеля имеется более “скромный” диапазон оборотов и требуется переход на высшую передачу, в то время как бензиновый еще продолжает раскручиваться. Поэтому выбор машины с тем или иным мотором зависит от того, какие цели преследует водитель.Крутящий момент в легковом и грузовом транспортеЛегковой и грузовой транспорт отличаются крутящим моментом. Для второго варианта крайне важен именно высокий крутящий момент для перевозки тяжелых грузов и для того, чтобы успешно тронуться с места. Вдобавок, чем больше КМ у грузовика, тем больше его грузоподъемность. В случае с легковыми автомобилями крутящий момент больше необходим для оценки разгона и других параметров работы двигателя.Кроме этого, если рассматривать дизельный мотор у двух видов транспорта, то пик крутящего момента у легковой машины достигается примерно при 2000-3000 оборотах, а у грузовика — при 900-1500.Что важнее – крутящий момент или мощностьВо время оценки автомобиля и его двигателя важно обращать внимание сразу на два показателя — крутящий момент и мощность. Они одинаково важны, так как взаимосвязаны — в машине мощность мотора равна его крутящему моменту на данных оборотах в минуту. При этом, чем больше КМ, тем больше мощность.“Мощность — это работа силы, совершаемая в единицу времени. Чтобы ее рассчитать необходимо умножить число оборотов на крутящий момент”, — пояснил автомеханик.К тому же, по словам эксперта, стоит также изучить обороты двигателя внутреннего сгорания. Как правило, в технических характеристиках автомобилей указывается показатель максимального крутящего момента и мощность в сочетании с количеством оборотов. Это связано с тем, что именно благодаря оборотам достигается определенная величина КМ.

https://ria.ru/20220508/avtomobil-1787453793.html

https://ria.ru/20220505/benzin-1786896396.html

https://ria.ru/20220430/mashina-1786334356.html

2022

Новости

ru-RU

https://ria.ru/docs/about/copyright.html

https://xn--c1acbl2abdlkab1og.xn--p1ai/

https://cdnn21.img.ria.ru/images/07e6/0c/0f/1838950260_171:0:2902:2048_1920x0_80_0_0_804b886eb7ed1882b3578befbffb0874.jpg

экономика, авто, василий нестеренко

Torque
Relationship between force F, torque τ, linear momentum p, and angular momentum L in a system which has rotation constrained to only one plane (forces and moments due to gravity and friction not considered).
Common symbols	, M
SI unit	N⋅m
Other units	pound-force-feet, lbf⋅inch, ozf⋅in
In SI base units	kg⋅m2⋅s−2
Dimension	M L2 T−2

In physics and mechanics, torque is the rotational analogue of linear force.^[1] It is also referred to as the moment of force (also abbreviated to moment). It describes the rate of change of angular momentum that would be imparted to an isolated body.

The concept originated with the studies by Archimedes of the usage of levers, which is reflected in his famous quote: «Give me a lever and a place to stand and I will move the Earth». Just as a linear force is a push or a pull applied to a body, a torque can be thought of as a twist applied to an object with respect to a chosen point. Torque is defined as the product of the magnitude of the perpendicular component of the force and the distance of the line of action of a force from the point around which it is being determined. The law of conservation of energy can also be used to understand torque. The symbol for torque is typically , the lowercase Greek letter tau. When being referred to as moment of force, it is commonly denoted by M.

In three dimensions, the torque is a pseudovector; for point particles, it is given by the cross product of the displacement vector and the force vector. The magnitude of torque applied to a rigid body depends on three quantities: the force applied, the lever arm vector^[2] connecting the point about which the torque is being measured to the point of force application, and the angle between the force and lever arm vectors. In symbols:

where

The SI unit for torque is the newton-metre (N⋅m). For more on the units of torque, see § Units.

History[edit]

The term torque (from Latin torquēre, ‘to twist’) is said to have been suggested by James Thomson and appeared in print in April, 1884.^[3][4][5] Usage is attested the same year by Silvanus P. Thompson in the first edition of Dynamo-Electric Machinery.^[5] Thompson motivates the term as follows:^[4]

Just as the Newtonian definition of force is that which produces or tends to produce motion (along a line), so torque may be defined as that which produces or tends to produce torsion (around an axis). It is better to use a term which treats this action as a single definite entity than to use terms like «couple» and «moment», which suggest more complex ideas. The single notion of a twist applied to turn a shaft is better than the more complex notion of applying a linear force (or a pair of forces) with a certain leverage.

Today, torque is referred to using different vocabulary depending on geographical location and field of study. This article follows the definition used in US physics in its usage of the word torque.^[6]

In the UK and in US mechanical engineering, torque is referred to as moment of force, usually shortened to moment.^[7] This terminology can be traced back to at least 1811 in Siméon Denis Poisson’s Traité de mécanique.^[8] An English translation of Poisson’s work appears in 1842.

Definition and relation to angular momentum[edit]

A force applied perpendicularly to a lever multiplied by its distance from the lever’s fulcrum (the length of the lever arm) is its torque. A force of three newtons applied two metres from the fulcrum, for example, exerts the same torque as a force of one newton applied six metres from the fulcrum. The direction of the torque can be determined by using the right hand grip rule: if the fingers of the right hand are curled from the direction of the lever arm to the direction of the force, then the thumb points in the direction of the torque.^[9]

More generally, the torque on a point particle (which has the position r in some reference frame) can be defined as the cross product:

where F is the force acting on the particle. The magnitude τ of the torque is given by

where F is the magnitude of the force applied, and θ is the angle between the position and force vectors. Alternatively,

where F_⊥ is the amount of force directed perpendicularly to the position of the particle. Any force directed parallel to the particle’s position vector does not produce a torque.^[10][11]

It follows from the properties of the cross product that the torque vector is perpendicular to both the position and force vectors. Conversely, the torque vector defines the plane in which the position and force vectors lie. The resulting torque vector direction is determined by the right-hand rule.^[10]

The net torque on a body determines the rate of change of the body’s angular momentum,

where L is the angular momentum vector and t is time.

For the motion of a point particle,

where I is the moment of inertia and ω is the orbital angular velocity pseudovector. It follows that

using the derivative of a versor is

This equation is the rotational analogue of Newton’s second law for point particles, and is valid for any type of trajectory.

In some simple cases like a rotating disc, where only the moment of inertia on rotating axis is, the rotational Newton’s second law can be

where and .

Proof of the equivalence of definitions[edit]

The definition of angular momentum for a single point particle is:

where p is the particle’s linear momentum and r is the position vector from the origin. The time-derivative of this is:

This result can easily be proven by splitting the vectors into components and applying the product rule. Now using the definition of force (whether or not mass is constant) and the definition of velocity

The cross product of momentum with its associated velocity is zero because velocity and momentum are parallel, so the second term vanishes.

By definition, torque τ = r × F. Therefore, torque on a particle is equal to the
first derivative of its angular momentum with respect to time.

If multiple forces are applied, Newton’s second law instead reads F_net = ma, and it follows that

This is a general proof for point particles.

The proof can be generalized to a system of point particles by applying the above proof to each of the point particles and then summing over all the point particles. Similarly, the proof can be generalized to a continuous mass by applying the above proof to each point within the mass, and then integrating over the entire mass.

Units[edit]

Torque has the dimension of force times distance, symbolically T⁻²L²M. Although those fundamental dimensions are the same as that for energy or work, official SI literature suggests using the unit newton-metre (N⋅m) and never the joule.^[12][13] The unit newton-metre is properly denoted N⋅m.^[13]

The traditional imperial and U.S. customary units for torque are the pound foot (lbf-ft), or for small values the pound inch (lbf-in). In the US, torque is most commonly referred to as the foot-pound (denoted as either lb-ft or ft-lb) and the inch-pound (denoted as in-lb).^[14][15] Practitioners depend on context and the hyphen in the abbreviation to know that these refer to torque and not to energy or moment of mass (as the symbolism ft-lb would properly imply).

Special cases and other facts[edit]

Moment arm formula[edit]

A very useful special case, often given as the definition of torque in fields other than physics, is as follows:

The construction of the «moment arm» is shown in the figure to the right, along with the vectors r and F mentioned above. The problem with this definition is that it does not give the direction of the torque but only the magnitude, and hence it is difficult to use in three-dimensional cases. If the force is perpendicular to the displacement vector r, the moment arm will be equal to the distance to the centre, and torque will be a maximum for the given force. The equation for the magnitude of a torque, arising from a perpendicular force:

For example, if a person places a force of 10 N at the terminal end of a wrench that is 0.5 m long (or a force of 10 N acting 0.5 m from the twist point of a wrench of any length), the torque will be 5 N⋅m – assuming that the person moves the wrench by applying force in the plane of movement and perpendicular to the wrench.

Static equilibrium[edit]

For an object to be in static equilibrium, not only must the sum of the forces be zero, but also the sum of the torques (moments) about any point. For a two-dimensional situation with horizontal and vertical forces, the sum of the forces requirement is two equations: ΣH = 0 and ΣV = 0, and the torque a third equation: Στ = 0. That is, to solve statically determinate equilibrium problems in two-dimensions, three equations are used.

Net force versus torque[edit]

When the net force on the system is zero, the torque measured from any point in space is the same. For example, the torque on a current-carrying loop in a uniform magnetic field is the same regardless of the point of reference. If the net force is not zero, and is the torque measured from , then the torque measured from is

Machine torque[edit]

Torque forms part of the basic specification of an engine: the power output of an engine is expressed as its torque multiplied by the angular speed of the drive shaft. Internal-combustion engines produce useful torque only over a limited range of rotational speeds (typically from around 1,000–6,000 rpm for a small car). One can measure the varying torque output over that range with a dynamometer, and show it as a torque curve.

Steam engines and electric motors tend to produce maximum torque close to zero rpm, with the torque diminishing as rotational speed rises (due to increasing friction and other constraints). Reciprocating steam-engines and electric motors can start heavy loads from zero rpm without a clutch.

Relationship between torque, power, and energy[edit]

If a force is allowed to act through a distance, it is doing mechanical work. Similarly, if torque is allowed to act through an angular displacement, it is doing work. Mathematically, for rotation about a fixed axis through the center of mass, the work W can be expressed as

where τ is torque, and θ₁ and θ₂ represent (respectively) the initial and final angular positions of the body.^[16]

Proof[edit]

The work done by a variable force acting over a finite linear displacement is given by integrating the force with respect to an elemental linear displacement

However, the infinitesimal linear displacement is related to a corresponding angular displacement and the radius vector as

Substitution in the above expression for work gives

The expression is a scalar triple product given by . An alternate expression for the same scalar triple product is

But as per the definition of torque,

Corresponding substitution in the expression of work gives

Since the parameter of integration has been changed from linear displacement to angular displacement, the limits of the integration also change correspondingly, giving

If the torque and the angular displacement are in the same direction, then the scalar product reduces to a product of magnitudes; i.e., giving

It follows from the work–energy principle that W also represents the change in the rotational kinetic energy E_r of the body, given by

where I is the moment of inertia of the body and ω is its angular speed.^[16]

Power is the work per unit time, given by

where P is power, τ is torque, ω is the angular velocity, and represents the scalar product.

Algebraically, the equation may be rearranged to compute torque for a given angular speed and power output. Note that the power injected by the torque depends only on the instantaneous angular speed – not on whether the angular speed increases, decreases, or remains constant while the torque is being applied (this is equivalent to the linear case where the power injected by a force depends only on the instantaneous speed – not on the resulting acceleration, if any).

In practice, this relationship can be observed in bicycles: Bicycles are typically composed of two road wheels, front and rear gears (referred to as sprockets) meshing with a chain, and a derailleur mechanism if the bicycle’s transmission system allows multiple gear ratios to be used (i.e. multi-speed bicycle), all of which attached to the frame. A cyclist, the person who rides the bicycle, provides the input power by turning pedals, thereby cranking the front sprocket (commonly referred to as chainring). The input power provided by the cyclist is equal to the product of angular speed (i.e. the number of pedal revolutions per minute times 2π) and the torque at the spindle of the bicycle’s crankset. The bicycle’s drivetrain transmits the input power to the road wheel, which in turn conveys the received power to the road as the output power of the bicycle. Depending on the gear ratio of the bicycle, a (torque, angular speed)_input pair is converted to a (torque, angular speed)_output pair. By using a larger rear gear, or by switching to a lower gear in multi-speed bicycles, angular speed of the road wheels is decreased while the torque is increased, product of which (i.e. power) does not change.

For SI units, the unit of power is the watt, the unit of torque is the newton-metre and the unit of angular speed is the radian per second (not rpm and not revolutions per second).

The unit newton-metre is dimensionally equivalent to the joule, which is the unit of energy. In the case of torque, the unit is assigned to a vector, whereas for energy, it is assigned to a scalar. This means that the dimensional equivalence of the newton-metre and the joule may be applied in the former, but not in the latter case. This problem is addressed in orientational analysis, which treats the radian as a base unit rather than as a dimensionless unit.^[17]

Conversion to other units[edit]

A conversion factor may be necessary when using different units of power or torque. For example, if rotational speed (unit: revolution per minute or second) is used in place of angular speed (unit: radian per second), we must multiply by 2π radians per revolution. In the following formulas, P is power, τ is torque, and ν (Greek letter nu) is rotational speed.

Showing units:

Dividing by 60 seconds per minute gives us the following.

where rotational speed is in revolutions per minute (rpm, rev/min).

Some people (e.g., American automotive engineers) use horsepower (mechanical) for power, foot-pounds (lbf⋅ft) for torque and rpm for rotational speed. This results in the formula changing to:

The constant below (in foot-pounds per minute) changes with the definition of the horsepower; for example, using metric horsepower, it becomes approximately 32,550.

The use of other units (e.g., BTU per hour for power) would require a different custom conversion factor.

Derivation[edit]

For a rotating object, the linear distance covered at the circumference of rotation is the product of the radius with the angle covered. That is: linear distance = radius × angular distance. And by definition, linear distance = linear speed × time = radius × angular speed × time.

By the definition of torque: torque = radius × force. We can rearrange this to determine force = torque ÷ radius. These two values can be substituted into the definition of power:

The radius r and time t have dropped out of the equation. However, angular speed must be in radians per unit of time, by the assumed direct relationship between linear speed and angular speed at the beginning of the derivation. If the rotational speed is measured in revolutions per unit of time, the linear speed and distance are increased proportionately by 2π in the above derivation to give:

If torque is in newton-metres and rotational speed in revolutions per second, the above equation gives power in newton-metres per second or watts. If Imperial units are used, and if torque is in pounds-force feet and rotational speed in revolutions per minute, the above equation gives power in foot pounds-force per minute. The horsepower form of the equation is then derived by applying the conversion factor 33,000 ft⋅lbf/min per horsepower:

because

Principle of moments[edit]

The principle of moments, also known as Varignon’s theorem (not to be confused with the geometrical theorem of the same name) states that the resultant torques due to several forces applied to about a point is equal to the sum of the contributing torques:

From this it follows that the torques resulting from two forces acting around a pivot on an object are balanced when

Torque multiplier[edit]

Torque can be multiplied via three methods: by locating the fulcrum such that the length of a lever is increased; by using a longer lever; or by the use of a speed-reducing gearset or gear box. Such a mechanism multiplies torque, as rotation rate is reduced.

See also[edit]

References[edit]

External links[edit]

• «Horsepower and Torque» Archived 2007-03-28 at the Wayback Machine An article showing how power, torque, and gearing affect a vehicle’s performance.
• Torque and Angular Momentum in Circular Motion on Project PHYSNET.
• An interactive simulation of torque
• Torque Unit Converter
• A feel for torque Archived 2021-05-08 at the Wayback Machine An order-of-magnitude interactive.

При подборе автомобиля необходимо руководствоваться не только его дизайном, безопасностью, уровнями электронного оснащения и комфорта, но и чисто техническими моментами. Наряду со скоростью и мощностью, следует принимать во внимание крутящий момент. Что скрывается за этим термином? Почему он так важен?

Содержание:

1. Крутящий момент: что это?
2. Крутящий момент ДВС: общие моменты
3. Зависимость от мощности
4. Построение графика
5. Определяющие факторы
6. К вопросу об увеличении
7. Взаимосвязь мощности и крутящего момента
8. Крутящий момент: зависимость от типа топлива
9. Грузовые и легковые автомобили
10. Советы автовладельцам

Что такое крутящий момент?

Крутящий момент двигателя — эта характеристика, которая показывает силу вращения коленвала мотора, от которой зависит динамика транспортного средства, его проходимость, способность уверенно совершать обгоны. В качестве единиц измерения используются ньютон-метры, а установить величину можно, если умножить силу на длину рычага.

Что такое крутящий момент двигателя – простыми словами можно объяснить на примере известного каждому механического крепежа, гайки. Предположим, что усилие ее затяжки составляет 4 кгс. Это значит, что открутить ее удастся, взяв метровый гаечный ключ и надавив на него с силой в 4 килограмма.

Крутящий момент ДВС: общие моменты

Крутящий момент двигателя формируется в процессе подачи топлива в цилиндры и его дальнейшего сгорания, за счет которого формируется давление, изменяющее положение поршня. Поршень механически связан с коленвалом, так что их движение синхронизировано. Если ориентироваться на формулу, указанное выше, то силой в данном случае выступает давление, получаемое сгоранием топлива, а рычагом – комбинация кривошипов и шатунов.

Пример вычисления таков:

1. Усилие, создаваемое сжиганием топлива – 200 килограммов.
2. Длина рычага – 5 сантиметров, 0.05 метра.
3. Итоговая величина – 10 кгс, что идентично 98.1 Нм.

Как увеличить крутящий момент двигателя в таком случае? Первый вариант – использование более крупных кривошипов, за счет чего возрастает длины рычага. Звучит просто и понятно, однако, технически реализовать такую схему достаточно тяжело, приходится делать блоки цилиндров более габаритными, усиливать конструкцию, чтобы компенсировать разрушительную силу инерции.

Неудивительно, что автоконцерны предпочитают использовать более простую технологию – увеличивать объемы топливовоздушной смеси, подаваемой цилиндры, совершенствовать технологии ее воспламенения и сжигания. Увеличение степени сжатия, комплектация цилиндров сразу несколькими клапанами, наддув дополнительного воздуха – все это способствует улучшению результатов.

Зависимость от мощности

Имеет место прямая зависимость крутящего момента от оборотов двигателя и его мощности. Расчетная формула выглядит как произведение мощности, выраженной в киловаттах, постоянного коэффициента “9550”, разделенное на число оборотов за минуту.

Построение графика

График крутящего момента двигателя наглядно показывает, что он меняется в соответствии с объемами топлива, подаваемого в цилиндры, и оборотами мотора. Графики строятся при помощи специальных тестовых установок, могут несколько отличаться даже для моторов одного класса, сказывается постепенное, естественный износ.

Изучение усредненных графиков позволяет сделать следующие выводы:

1. Активно увеличивается крутящий момент, пока обороты двигателя не достигнут показателя около 3000 в минуту, после чего рост становится менее выраженным.
2. Пик момента приходится на диапазон от 4 до 4.5 тысяч оборотов в минуту, после чего наступает снижение.
3. Увеличение мощности мотора продолжается даже при снижении крутящего момента, при условии нарастания числа оборотов.

Определяющие факторы

Характеристика зависит от следующих конструктивных и технических особенностей мотора:

1. Общий рабочий объем.
2. Давление, создаваемое в камерах сгорания.
3. Габариты поршней, в первую очередь – площадь.
4. Размеры кривошипов коленвала.

Первые три параметра непосредственно связаны с силой, последний – с длиной рычага. Представленная в одном из первых абзацев формула показывает, что именно эти показатели являются определяющими при вычислениях.

Как увеличить крутящий момент?

Скорость, проходимость, динамика – это то, на что влияет крутящий момент двигателя автомобиля. Неудивительно, что производители заинтересованы в его увеличении. Наибольшее распространение получили следующие технические решения:

1. Комплектация ДВС более компактными камерами сгорания с максимальной степенью сжатия.
2. Использование коленчатых валов с выраженными изгибами.
3. Увеличение числа клапанов на цилиндр.
4. Установка турбированных моторов.

Существуют и другие методики, которые применяются гаражными мастерами, водителями, желающими улучшить характеристики своего транспортного средства. Они заключаются в небольших доработках, некоторые из которых, впрочем, дают ощутимые результаты. Самые распространенные решения таковы:

1. Замена обычного воздушного фильтра на аналог “нулевого сопротивления”.
2. Замена обычного глушителя прямоточным.
3. Изменение настроек карбюратора.
4. Перенастройка блока управления ДВС.
5. Расточка блока цилиндров, благодаря которой удается добавить к имеющемуся объему мотора еще несколько десятков кубических сантиметров.
6. Установка вместо стандартных поршней облегченных аналогов.
7. Замена форсунок на более эффективные, распыляющие больше топлива.

Взаимосвязь мощности и крутящего момента

Обе характеристики двигателя внутреннего сгорания неразрывно связаны друг с другом. Согласно официальной терминологии, мощность – это общий объем работы, выполненной мотором в течение определенного временного промежутка.

Проще говоря, мощность можно представить в виде произведения крутящего момента и количества оборотов. Для ее выражения используются лошадиные силы или киловатты. Помимо указанных двух производных, используется и третья, называемая постоянным коэффициентом. Основных формул две:

1. Для выражения мощности в лошадиных силах нужно умножить крутящий момент в ньютон-метра на количество оборотов за минуту, после чего разделить на 5252.
2. Для выражения мощности в киловаттах используется аналогичная формула, но постоянный коэффициент составляет не 5252, а 9549.

Крутящий момент: зависимость от типа топлива

Ньютон-метры – общая величина, в чем измеряется крутящий момент, но конкретный показатель значительно зависит от вида мотора, бензинового или дизельного. Объясняется это их конструктивными различиями и энергоемкостью топлива. Дизель выдает огромную мощность уже на минимальных оборотах. Для легковых авто, например, внедорожников, пиковый интервал – от 2 до 3 тысяч оборотов, для грузовиков – и того меньше, от 900 до 1500. Максимум оборотов, в сравнении с бензиновыми аналогами, невысок, так что дизели любят водители, которым важна не огромная скорость, а хорошая тяга на низах, позволяющая справляться со сложными дорожными условиями, дающая уверенность во время поездок по пересеченной местности.

Бензиновые моторы выходят на пик куда позже дизелей, ближе к 4, а то и 4.5 тысячам оборотов. Вал крутится очень быстро, так что лимит развиваемой скорости гораздо выше.

Грузовые и легковые автомобили

Уже сама возможность начать движение – это то, на что влияет крутящий момент. Грузовики и сами по себе весят немало, а уж вместе с фургоном их масса измеряется десятками тонн. Неудивительно, что комплектуются они дизельными моторами, которые уже на малых оборотах, с самого старта, дают огромную тягу.

Большинство легковых автомобилей комплектуется бензиновыми моторами. Они считаются более универсальными, подходящими для поездок как по городу, так и по междугородним трассам, простыми в обслуживании и ремонте. Очень важный момент для водителей из регионов с суровым климатом – отсутствие сложностей при запуске в холодную погоду. Дизели в минус 30 порой вовсе отказываются заводиться, теряют тягу, глохнут, тогда как бензиновые аналоги функционируют вполне стабильно.

Конечно, чтобы передача крутящего момента от двигателя к колесам была эффективной, техника должна быть укомплектована соответствующей трансмиссией. Водителям, желающим на 100% контролировать ситуацию, реализовывать потенциал мотора, можно посоветовать механику. Пусть она и требует определенных навыков, на бездорожье преимущества МКПП становятся очевидными. Вождение авто с автоматом или вариатором более комфортно, такой вариант оптимален для городских поездок или межгорода по хорошему асфальту, однако, по эффективности передачи тяги они уступают наиболее технологичным передачам, роботизированным. Пускай они дороже, зато позволяют без лишних манипуляций реализовать всю доступную мощность.

Советы автовладельцам

Что значит крутящий момент? Очень многое. Именно поэтому при подборе авто нужно руководствоваться не только максимальной скоростью и мощностью. Важный момент – диапазон оборотов, при котором мотор выходит на свой предел по крутящему моменту. Для уверенных обгонов на междугородней трассе хорошо, если пик достигается примерно на 3.5-4.5 тысячах, на бездорожье допустимы и гораздо меньшие диапазоны.

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.