0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Формула крутящего момента двигателя

Крутящий момент и мощность двигателя. Что важнее? Пару слов про обороты. Простыми словами + формулы и видео

Знаю, что многих мучает этот вопрос, многие даже не понимают разницу — между крутящим моментом и мощностью двигателя. А ведь реально — что из них важнее? Мы привыкли выбирать машину по лошадиным силам, а вот крутящий момент как то не заслуженно опускается! Лично сам разговаривал со своими друзьями, многие даже не знают какой он на их автомобиле и при каких оборотах он максимальный! Правильно ли это? Конечно же нет, нужно точно знать и понимать все технические характеристики своего авто, особенно такие важные. Вот поэтому решил написать эту статью и разъяснить все простыми словами, как обычно будет видео версия в конце …

СОДЕРЖАНИЕ СТАТЬИ

  • Мощность двигателя
  • Крутящий момент двигателя
  • Обороты двигателя
  • Различные типы двигателей
  • Так что же важнее и лучше?
  • ВИДЕО ВЕРСИЯ
  • ГОЛОСОВАНИЕ

Что же постараюсь рассказать простыми словами, как я умею, но тема не такая простая, как кажется на первый взгляд, в интернете есть описания, но они крайне запутаны. Я же в этой статье буду оперировать такими понятиями как мощность двигателя и крутящий момент. По сути эта два обозначения идут «бок о бок» и одна характеристика напрямую зависит от другой.

Что такое крутящий момент

Крутящий момент представляет собой качественный показатель, выражающий силу вращения коленвала, и рассчитывается произведением силы, давящей на поршень, на плечо (расстояние между центром вращения оси коленчатого вала до места крепления поршня к шатуну). Измеряется в количестве ньютонов на метр (Нм).

Рекомендуем: Почему автомобиль периодически глохнет при движении?

Сила крутящего момента зависит от давления на поршень при сгорании газов, рабочего объема камеры сгорания и двигателя в целом, степени сжатия горючей смеси в камере сгорания.

Традиционно более высокий крутящий момент у дизелей, это объясняется степенью сжатия, превосходящей бензиновые двигатели практически вдвое.

Сильный крутящий момент дает автомобилю повышенную динамику набора скорости даже при низких оборотах, и заметно повышает тяговые свойства двигателя. Максимальных значений данная характеристика достигает при определенной частоте вращения коленвала, причем у дизелей этот показатель ниже, чем у бензиновых.

Как увеличить крутящий момент двигателя?

При стабильной работе двигателя внутреннего сгорания машина выполняет следующие функции:

  1. Быстро набирает скорость и движется в заданном режиме.
  2. Может изменять тяговые усилия.
  3. Может свободно маневрировать на ходу в соответствии с дорожными условиями (обгонять, тормозить, ускоряться и пр.).

В момент нажатия на педаль акселератора, возрастает объем подачи топлива, усилие давления поршня на коленвал и, соответственно, момент вращения. Процесс продолжается в заданном алгоритме.

По величине крутящего момента оценивается эффективность двигателя внутреннего сгорания. С его помощью определяют динамические характеристики разгона, максимальное ускорение транспортного средства.

Разработчики и производители автомобильных ДВС постоянно работают над проблемой увеличения крутящего момента и мощности двигателя. Существует несколько способов, каждый из которых имеет свои плюсы и минусы:

  • замена существующего коленвала на новый экземпляр с коленом большей длины (это влечет за собой необходимость менять рабочие цилиндры с учетом изменившегося хода поршня);
  • увеличение объема двигателя за счет расточки стенок цилиндров и замены поршней.

В отличие от бензиновых силовых агрегатов, дизели не раскручивают коленвал до высоких оборотов, максимум до 3 – 5 тыс. об/мин. При этом крутящий момент дизельного двигателя на низких оборотах превышает карбюраторные в несколько раз, но в то же время отмечается сравнительно меньшая мощность. Чтобы улучшить динамику разгона, мощностные характеристики дизельного мотора, а также предотвратить возникновение «эффекта турбоямы», применяется специальная система турбонаддува с изменяемой геометрией турбины.

Примечание: турбояма – это частое явление, мешающее водителям совершать своевременные обгоны на дороге. При нажатии на педаль газа двигателю не всегда хватает объема для быстрого ускорения.

На что влияет крутящий момент двигателя

Известно, что величина мощности мотора рассчитывается по математическим формулам с участием Мкр. Крутящий момент и мощность двигателя находятся в прямой зависимости друг от друга. Эти два понятия взаимосвязаны и не существуют отдельно.

На практике, во время совершения обгона, на дороге водитель нажимает на педаль газа. Чем выше развивается момент вращения, тем больше возрастает мощность. С ростом мощности машина получает достаточное количество энергии для улучшения показателя динамики при разгоне.

Вывод: Величина Мкр влияет на мощность силового агрегата и скорость разгона транспортного средства.

При правильных расчетах передаточных чисел коробки передач, скорость автомобиля достигает максимальных значений, когда мощность, затрачиваемая на работу ходовой части и мощность, вырабатываемая двигателем, выравниваются между собой.

Факторы, приводящие к потерям мощности, получаемой на колесах:

  1. Напор встречных воздушных потоков при больших скоростях.
  2. Сопротивление качения.
  3. Преодоление сил трения элементов трансмиссии.

Мощность суммарных потерь увеличивается при возрастании скорости движения автомобиля.

Важно: Чтобы правильно оценить рабочие параметры автомобильного двигателя, необходимо узнать величину Мкр. При схожих конструкциях и эксплуатационных характеристиках, лучше отдать предпочтение агрегатам, обладающим наибольшим крутящим моментом. С целью улучшить качество и динамичность разгона, а также повысить тягу авто, рекомендуется поддерживать частоту оборотов в минуту выходного вала в пределах, где Мкр имеет пиковые значения.

При достаточном диапазоне оборотов, чем выше данный параметр, передаваемый на колеса автомобиля, тем легче происходит ускорение и преодолеваются самые трудные отрезки пути.

Связь с другими величинами[ | ]

С моментом импульса[ | ]

Зависимости между силой F
, моментом силы τ (
M
), импульсом
p
и моментом импульса
L
в системе, которая была ограничена только в одной плоскости (силы и моменты, обусловленные тяжестью и трением, не учитываются).

Момент силы — производная момента импульса L → = r → × p → >=>times >> относительно точки O по времени:

Аналогичную формулу можно записать для моментов относительно оси:

Если момент силы M → >> или M ∥ > равен нулю, момент импульса относительно соответствующей точки или оси сохраняется.

С мощностью[ | ]

Если сила совершает действие на каком-либо расстоянии, то она совершает механическую работу и развивает мощность F → ⋅ v → >cdot >> (где v → >> — скорость материальной точки). Так же и в случае момента силы: если он совершает действие через «угловое расстояние», развивается мощность

В системе мощность P измеряется в ваттах, угловая скорость ω → >> — в радианах в секунду.

С механической работой[ | ]

Если под действием момента силы M → >> происходит поворот тела на угол d φ , то совершается механическая работа

Для поворота, скажем, рычага вокруг фиксированной оси на угол φ 2 − φ 1 -varphi _<1>> получим

A = ∫ φ 1 φ 2 | M → | d φ = | M → | ( φ 2 − φ 1 ) = | M → | ∫ t 1 t 2 ω ( t ) d t >^>left|>right|dvarphi =left|>right|(varphi _<2>-varphi _<1>)=left|>right|int _>^>omega (t)dt> .

В системе работа A измеряется в джоулях, угол — в радианах.

Размерность работы (и энергии) совпадает с размерностью момента силы («ньютон на метр» и джоуль — это одни и те же единицы). Момент силы 1 Н·м, при повороте рычага или вала на 1 радиан совершает работу в 1 Дж, а при повороте на один оборот совершает механическую работу и сообщает энергию 2 π джоуля.

Как можно увеличить крутящий момент двигателя?

  1. Смена коленчатого вала. К недостатка метода можно отнести тот факт, что это редкая для многих марок авто деталь: часто ее делают на заказ. Кроме того, это снизит долговечность двигателя.
  2. Расточка цилиндров. Более популярный метод, основанный на увеличении объема цилиндра. Метод доступен в большинстве автосервисных мастерских.
  3. Настройка карбюратора. Зачастую используется в дополнение к расточке.
  4. Увеличение турбонаддува. Доступно в моделях с турбированным двигателем. Тем не менее, снимая ограничения в блоке, который отвечает за управление компрессором – достаточно опасный способ, снижающий запас нагрузок в моторе. Тем, кто на него решается, также приходится прибегать к увеличению камеры сгорания, улучшению охлаждения, регулировке впускного клапана и смене распредвала, коленвала и поршней.
  5. Изменение газодинамики. Еще один метод, который по плечу только профессионалам. К тому же, убирая ограничения можно столкнуться не только с выросшей динамикой, а и с ухудшением сцепления.
  6. Использование масляного фильтра. Простой способ, снижающий засорение двигателя и продлевающий срок эксплуатации его запчастей.


Как видно, мотор – это сложный агрегат. Он уже рассчитан с использованием сложных инженерных формул и технологий, а значит, увеличение характеристики крутящего момента нежелательно. Если желание все же есть, стоит обратить внимание на два первых пункта. Можно, конечно, попытаться устранить заводские дефекты: убрать в камерах сгорания непродуваемые зоны и убрать в стыках заостренные углы, а также, неровности на клапанах. Но придется доверить эти операции специалистам своего дела.

Отдельно стоит сказать о так называемых усилителях КМ: их принцип основан на отборе мощности уменьшением оборотов, что не лучшим способом сказывается на долговечности конструкции. Подобные решения не увеличивают КМ, а позволяют его плавно менять на постоянных оборотах.

Мощность двигателя

Расчет мощности двигателя автомобиля

5 популярных способа как вычислить мощность двигателя автомобиля используя такие данные как:
— обороты двигателя,
— объем мотора,
— крутящий момент,
— эффективное давление в камере сгорания,
— расход топлива,
— производительность форсунок,
— вес машины
— время разгона до 100 км.

Каждая из формул, по которой будет производиться расчет мощности двигателя автомобиля довольно относительная и не может со 100% точностью определить реальную лошадиную силу движущую машину. Но произведя подсчеты каждым из приведенных гаражных вариантов, опираясь не те или иные показатели, можно рассчитать, по крайней мене, среднее значение будь-то стоковый или тюнингованный движок, буквально с 10-ти процентной погрешностью.
Мощность — энергия, вырабатываемая двигателем, она преобразуется в крутящий момент на выходном валу ДВС. Это не постоянная величина. Рядом со значениями максимальной мощности всегда указываются обороты, при которых можно её достигнуть. Точкой максимума достигается при наибольшем среднее эффективном давлении в цилиндре (зависит от качества наполнения свежей топливной смесью, полноты сгорания и тепловых потерь). Наибольшую мощность современные моторы выдают в среднем при 5500–6500 об/мин. В автомобильной сфере измерять мощность двигателя принято в лошадиных силах. Поэтому поскольку большинство результатов выводятся в киловаттах вам понадобится калькулятор перевода кВт в л.с

Как рассчитать мощность через крутящий момент

Самый простой расчет мощности двигателя авто можно определить по зависимости крутящего момента и оборотов.
—Крутящий момент
Сила, умноженная на плечо ее приложения, которую может выдать двигатель для преодоления тех или иных сопротивлений движению. Определяет быстроту достижения мотором максимальной мощности. Расчетная формула крутящего момента от объема двигателя:
Мкр = VHхPE/0,12566, где
VH – рабочий объем двигателя (л),
PE – среднее эффективное давление в камере сгорания (бар).
—Обороты двигателя — Скорость вращения коленчатого вала.
Формула для расчета мощности двигателя внутреннего сгорания автомобиля имеет следующий вид:
P = Mкр * n/9549 [кВт], где:
Mкр – крутящий момент двигателя (Нм),
n – обороты коленчатого вала (об./мин.),
9549 – коэффициент, дабы обороты подставлять именно в об/мин, а не косинусами альфа.
Поскольку по формуле, результат получим у кВт, то при надобности также можно конвертировать в лошадиные силы или попросту умножать на коэффициент 1,36.
Использование данных формул — это самый простой способ перевести крутящий момент в мощность.
А дабы не вдаваться во все эти подробности быстрый расчет мощности ДВС онлайн, можно произвести, используя наш калькулятор.
Но, к сожалению, данная формула отражает лишь эффективную мощность мотора которая не вся доходит именно до колес автомобиля. Ведь идут потери в трансмиссии, раздаточной коробке, на паразитные потребители (кондиционер, генератор, ГУР и т.п.) и это без учета таких сил как сопротивление качению, сопротивление подъему, аэродинамическое сопротивление.

Как рассчитать мощность по объему двигателя

Если же вы не знаете крутящий момент двигателя своего автомобиля, то для определения его мощности в киловаттах также можно воспользоваться формулой такого вида:
Ne = Vh * pe * n/120 (кВт), где:
Vh — объём двигателя, см³
n — частота вращения, об/мин
pe — среднее эффективное давление, МПа (на обычных бензиновых моторах оставляет порядка 0,82 — 0,85 МПа, форсированных — 0,9 МПа, а для дизеля от 0,9 и до 2,5 МПа соответственно).
Для получения мощности движка в «лошадках», а не киловаттах, результат следует разделить на 0,735.

Расчет мощности двигателя по расходу воздуха

Такой же приблизительный расчет мощности двигателя можно определять и по расходу воздуха. Функция такого расчета доступна тем, у кого установлен бортовой компьютер, поскольку нужно зафиксировать значение расхода, когда двигатель автомобиля, на третьей передаче, раскручен до 5,5 тыс. оборотов. Полученное значение с ДМРВ делим на 3 и получаем результат.
Формула как рассчитать мощность ДВС по расходу воздуха в итоге выглядит так:
Gв [кг]/3=P[л.с.]
Такой расчет, как и предыдущий, показывает мощность брутто (стендовое испытание двигателя без учета потерь), которая выше на 10—20% от фактической. А еще стоит учесть, что показания датчика ДМРВ сильно зависят от его загрязненности и калибровок.

Расчет мощности по массе и времени разгона до сотни

Еще один интересный способ как рассчитать мощность двигателя на любом виде топлива, будь-то бензин, дизель или газ – по динамике разгона. Для этого используя вес автомобиля (включая пилота) и время разгона до 100 км. А чтобы Формула подсчета мощности была максимально приближена к истине нужно учесть также потери на пробуксовку в зависимости от типа привода и быстроту реакции разных коробок передач. Приблизительные потери при старте для переднеприводных составит 0,5 сек. и 0,3-0,4 у заднеприводных авто.
Используя этот калькулятор мощности ДВС, который поможет определить мощность двигателя исходя из динамики разгона и массы, вы сможете быстро и достаточно точно узнать мощь своего железного коня не вникая в технические характеристики.

Расчет мощности ДВС по производительности форсунок

Не менее эффективным показателем мощности автомобильного двигателя является производительность форсунок. Ранее мы рассматривали её расчет и взаимосвязь, поэтому, труда, высчитать количество лошадиных сил по формуле, не составит. Подсчет предполагаемой мощности происходит по такой схеме:

Где, коэффициент загруженности не более 75-80% (0,75…0,8) состав смеси на максимальной производительности где-то 12,5 (обогащенная), а коэффициент BSFC будет зависеть от

того какой это у вас двигатель, атмосферный или турбированный (атмо — 0.4-0.52, для турбо — 0.6-0.75).
Узнав все необходимые данные, водите в соответствующие ячейки калькулятора показатели и по нажатию кнопки «Рассчитать» Вы сразу же получаете результат, который покажет реальную мощность двигателя вашего авто с незначительной погрешностью. Заметьте, что вам совсем не обязательно знать все представленные параметры, можно расчищать мощность ДВС отдельно взятым методом.
Ценность функционала данного калькулятора заключается не в расчете мощности стокового автомобиля, а если ваш автомобиль подвергся тюнингу и его масса и мощность притерпели некоторые изменения.

Адрес:

ул. Бабушкина, 2А, Орехово-Зуево, Московская обл., 142601

Факторы, влияющие на величину крутящих моментов

Из примера с лошадью легко догадаться, что в данном случае значение КМ будет во многом определяться мышечной массой животного. Применительно к автомобильному двигателю внутреннего сгорания эта величина зависит от рабочего объема силовой установки, а также от:

  • уровня рабочего давления внутри цилиндров;
  • размера поршня;
  • диаметра кривошипа коленвала.

Наиболее сильно крутящий момент зависим от рабочего объема и давления внутри силовой установки, и эта зависимость прямо пропорциональна. Другими словами, двигатели с большим объемом и давлением, соответственно, отличаются и большим моментом.

Прямая зависимость наблюдается также между КМ и радиусом кривошипа коленвала. Однако конструкция современных автомобильных двигателей такова, что не позволяет варьировать значения момента в широких пределах, из-за чего возможности добиться повышенного крутящего момента за счет радиуса кривошипа коленчатого вала у конструкторов ДВС невелики. Вместо этого разработчики прибегают к таким способам увеличить момент, как использование технологий турбонаддува, увеличение степени сжатия, оптимизация процесса сгорания топлива, использование впускных коллекторов специальных конструкций, и т.д.

Важно, что КМ увеличивается с ростом оборотов двигателя, однако после достижения максимума на определенном диапазоне крутящий момент понижается несмотря на продолжающийся прирост частоты вращения коленвала.

Расчет по производительности форсунок

Форсунки — это детали-распылители, которые обеспечивают подачу топлива в цилиндры ДВС. Характер работы форсунок напрямую влияет на формат функционирования двигателя, поэтому подсчитать мощность движка можно по производительности форсунок.

Для подсчетов используется следующая сложная формула:

  • ПФ — это производительность 1 форсунки. Этот параметр обычно указывается в технической документации к двигателю (хотя в случае нового авто эти сведения можно узнать из бортового компьютера).
  • КФ — это количество форсунок. Этот параметр можно также узнать из технической документации либо с помощью бортового компьютера.
  • КЗ — коэффициент загруженности форсунок. Для большинства легковых автомобилей этот параметр равен 0,75-0,8.
  • ТТ — тип топливной смеси. Для бензина высокой очистки этот коэффициент обычно равен 12-13.
  • ТД — это тип двигателя. Для атмосферного движка этот параметр равен 0,4-0,5, для турбодвижка — 0,6-0,7.

Эта методика расчета является достаточно неточной, поскольку формула содержит множество поправочных коэффициентов, многие из которых не имеют точного цифрового выражения. Поэтому реальная мощность может отличаться от формульной на 10-15% (впрочем, это небольшая погрешность).

0 0 голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector