Какой крутящий момент на колесе автомобиля

0
2041

Содержание

В условиях эксплуатации автомобиль может двигаться на раз­личных режимах. К этим режимам относятся установившееся движение (равномерное), разгон (ускоренное), торможение(замедленное)

и накат (по инерции). При этом в условиях города про­должительность движения составляет приблизительно 20 % для ус­тановившегося режима, 40 % — для разгона и 40 % — для тормо­жения и наката.

При всех режимах движения, кроме наката и торможения с отсоединенным двигателем, к ведущим колесам подводятся мощ­ность и крутящий момент. Для определения этих величин рассмот­рим схему,

Рис. 3.2. Схема для определения мощ­ности и крутящего момента, подво­димых от двигателя к ведущим ко­лесам автомобиля:

Д — двигатель; М — маховик; Т — транс­миссия; К — ведущие колеса

представленную на рис. 3.2. Здесь Ne — эффективная мощность двигателя; Nтр — мощность, подводимая к трансмис­сии;Nкол— мощность, подводимая к ведущим колесам; Jм — мо­мент инерции маховика (под этой величиной условно понимают момент инерции всех вращающихся частей двигателя и трансмис­сии: маховика, деталей сцепления, коробки передач, карданной передачи, главной передачи и др.).

При разгоне автомобиля определенная доля мощности, пере­даваемой от двигателя к трансмиссии, затрачивается на раскру­чивание вращающихся частей двигателя и трансмиссии. Эти зат­раты мощности

(3.1)

где А — кинетическая энергия вращающихся частей.

Учтем, что выражение для кинетической энергии имеет вид

Тогда затраты мощности

(3.2)

Исходя из уравнений (3.1) и (3.2) мощность, подводимую к трансмиссии, можно представить в виде

Часть этой мощности теряется на преодоление различных со­противлений (трения) в трансмиссии. Указанные потери мощности оцениваются коэффициентом полезного действия трансмис­сии тр.

С учетом потерь мощности в трансмиссии подводимая к веду­щим колесам мощность

(3.4)

Угловая скорость коленчатого вала двигателя

(3.5)

где ωк—угловая скорость ведущих колес; uт—передаточное число трансмиссии

Передаточное число трансмиссии

Где uk передаточное число коробки передач; uд — передаточное число дополнительной коробки передач (раздаточная коробка, делитель, демультипликатор); иГ передаточное число главной передачи.

В результате подстановки e из соотношения (3.5) в формулу (3.4) мощность, подводимая к ведущим колесам:

(3.6)

При постоянной угловой скорости коленчатого вала второй член в правой части выражения (3.6) равен нулю. В этом случае мощ­ность, подводимая к ведущим колесам, называется тяговой. Ее величина

(3.7)

С учетом соотношения (3.7) формула (3.6) преобразуется к виду

(3.8)

Для определения крутящего момента Мк, подводимого от двигателя к ведущим колесам, представим мощности Nкол и NT, в выражении (3.8) в виде произведений соответствующих моментов на угловые скорости. В результате такого преобразования получим

(3.9)

Подставим в формулу (3.9) выражение (3.5) для угловой скорости коленчатого вала и, разделив обе части равенства на к получим

(3.10)

При установившемся движении автомобиля второй член в пра­вой части формулы (3.10) равен нулю. Момент, подводимый к ведущим колесам, в этом случае называется тяговым. Его величина

(3.11)

С учетом соотношения (3.11) момент, подводимый к ведущим колесам:

(3.12)

Дата добавления: 2016-02-20 ; просмотров: 3522 ; ЗАКАЗАТЬ НАПИСАНИЕ РАБОТЫ

Крутящий момент – качественный показатель, характеризующий силу вращения коленчатого вала автомобиля.

Его измерение производится в ньютон-метрах (н*м). От показателя КМ зависят тяговые характеристики ДВС и динамика разгона транспортного средства.

Важно: ошибкой было бы называть крутящий момент вращающим, как это делают некоторые источники в Сети. Термин «крутящий» подразумевает внутреннюю силу, приводящую к вращению. Под словом «вращающий» подразумевается наружная сила. Так, крутящей является сила, приводящая в движение коленчатый вал. Вращающей – сила пальцев, в которых крутят карандаш.

Если простым языком отвечать на вопрос, что такое крутящий момент двигателя, то можно сказать, что КМ – сила, с которой агрегат крутит выходной вал. Например, при КМ, равном 130 Н*м и длине выходного вала 1 метр на его конец можно повесить груз весом 13 кг. При этом мотор должен провернуть вал.

Непосредственное отношение к понятию КМ имеет показатель мощности. Мощность и крутящий момент неразрывно связаны, так как одно вытекает из другого. График КМ растет только совместно с графиком мощности.

Мощность определяется количеством работы, которую мотор способен выполнять за единицу времени. Измеряется в лошадиных силах или киловаттах. При этом первая единица измерения является неофициальной, но более популярной. Вторая – официальной, но используемой только в документах.

Показатель КМ двигателя автомобиля напрямую зависит от:

  • Силы давления газов на поршень;
  • Рабочего объема цилиндров;
  • Степени сжатия топливовоздушной смеси в цилиндрах.

Мощность двигателя определяется по формуле P=M*N, где P это мощность, М – крутящий момент, N – обороты двигателя. Соответственно, расчитать КМ можно по формуле M = P/N.

При проведении подсчетов необходимо использовать официальные единицы измерения, зарегистрированные в СИ (Н*м, ватты, радианы в секунду). Реальное измерение крутящего момента производится на специальном стенде в лабораторных условиях.

Передача КМ к ведущим колесам

Появления КМ в результате сгорания топлива недостаточно для начала движения. Момент должен быть передан к ведущим колесам транспортного средства.

Передача выработанного крутящего момента осуществляется посредством трансмиссии – коробки передач, валов, ШРУСов, заднего редуктора, раздаточной коробки. Наличие тех или иных элементов трансмиссии зависит от типа привода автомобиля.
" alt="">
В процессе движения водитель имеет возможность изменять КМ, передаваемый от двигателя к колесам. Чтобы добиться этого, необходимо увеличивать или уменьшать количество оборотов силового агрегата. Подобные манипуляции без потерь в скорости движения совершаются с помощью коробки передач.

Важно: коробка переключения передач – устройство, предназначенное для изменения частоты вращения и КМ на двигателях, не обладающих достаточной приспособляемостью. Сегодня в автомобильной промышленности применяются механические, гидромеханические, электромеханические и автоматические КПП.

В процессе передачи крутящего момента его показатель может уменьшаться вследствие механических потерь. Передающееся усилие ослабевает по причине трения элементов мотора и трансмиссии друг об друга, сопротивления материалов, из которых изготовлены детали автомобиля и других факторов воздействия.

Максимальный и номинальный КМ

В механике существует понятие о максимальном и номинальном КМ.

Максимальный крутящий момент – самый большой показатель КМ, который двигатель может развить.

Известно, что момент не является постоянной величиной. Его показатель растет совместно с ростом оборотов.

Однако на определенном этапе поток воздуха, поступающий в цилиндры, начинает оказывать столь высокое сопротивление, что разрежения, создаваемого поршнем, становится недостаточно для всасывания достаточного количества топливовоздушной смеси. При этом ухудшается вентиляция цилиндров, и рост к/м прекращается.

На автомобилях ВАЗ-2110 с мотором 21114 максимальный показатель КМ достигается на 3 тысячах оборотов в минуту. Дальнейшее увеличение частоты работы силового агрегата приводит к росту мощности. При этом крутящий момент снижается.

На что влияет подобное явление? Автомобиль, работающий в мощностном режиме, способен легко преодолевать подъемы, тащить тяжелый прицеп, другой автомобиль. При этом динамика разгона даже не загруженного ТС будет существенно снижена.

Номинальный крутящий момент – показатель КМ, который двигатель выдает без дополнительной нагрузки, работая в нормальном режиме.

Как увеличить КМ

" alt="">
Как увеличить крутящий момент двигателя? Увеличение КМ осуществляется практически аналогично увеличению такого показателя, как мощность двигателя. Для этого необходимо произвести доработку самого мотора или его агрегатов.

  • Замена распределительных валов, системы выпуска, фильтров на высокопроизводительные аналоги;
  • Повышение пропускных возможностей впускного клапана или турбирование. Это дает возможность улучшить вентиляцию цилиндров;
  • Коррекция фаз газораспределения с увеличением времени открытия впускных клапанов;
  • Увеличение степени сжатия. Данный способ позволяет значительно повысить КМ, однако сопровождается существенными техническими трудностями.
  • Замена поршней более легкими аналогами. Двигателю будет легче крутиться. Соответственно, динамика разгона вырастет.

Увеличения динамики разгона можно добиться и путем коррекции механизма передачи крутящего момента к ведущим колесам. Для этого необходимо установить в коробку передач шестерни с большим передаточным числом. Следует помнить, что увеличение КМ будет означать снижение максимальной скорости авто.

Увеличения динамики разгона можно добиться и с помощью чип-тюнинга. При этом заводская программа с блока управления двигателем заменяется на альтернативную, изменяющую параметры работы силового агрегата в ту или иную сторону.

Как связана работа двигателя с безопасностью вождения? Что такое крутящий момент двигателя и как он влияет на безопасность? Для чего нужен тахометр? Каковы минусы автомата и режима D в автоматической коробке передач? Как правильно переключать передачи на «механике»? Почему опасно движение накатом? Можно ли включать нейтралку в движении? Почему опасно выжимать педаль сцепления при торможении? Почему правильно тормозить на механике при включенной передаче? На все эти часто задаваемые мне вопросы я дам ответы в этой и следующих статьях.

Что такое крутящий момент двигателя?

Если по-научному, то это произведение силы, приложенной к рычагу, и расстояния от оси вращения рычага до точки приложения силы. В физике это называется моментом силы, а в технике устоялось словосочетание «крутящий момент». Распространенная единица измерения – Н*м (ньютон на метр).

Теперь по-человечески 🙂 Крутящий момент двигателя – величина, демонстрирующая нам тяговые возможности мотора. Чем больше крутящий момент приходит от мотора на колеса автомобиля, тем больший груз может сдвинуть с места автомобиль и тем большее ускорение может развить. Отсюда ясно, что грузовики, тракторы, тягачи и бульдозеры, а также машины для спортивного вождения в первую очередь «заинтересованы» в большом крутящем моменте.

Крутящий момент, приходящий от двигателя на колеса, зависит не только от двигателя, но и от передаточных чисел главной пары и коробки передач: чем больше передаточные числа, тем больший крутящий момент передается на колеса при одном и том же крутящем моменте мотора и тем динамичнее автомобиль.

Лошади – ни при чем

Заметьте, про мощность мотора, которую принято измерять в лошадиных силах, я пока не написал ни слова. Хотя максимальная мощность считается основной характеристикой мотора и часто с удовольствием обсуждается автолюбителями, она имеет мало отношения к безопасности управления автомобилем и напрямую «отвечает» за максимальную скорость машины. Но часто ли нам в жизни приходится ездить на максималке?

На динамику разгона влияет много разных факторов, в частности, номер включенной передачи в коробке, и об этом мы еще поговорим. А если обсуждать характеристики именно двигателя, то вкратце все выглядит так: для максимальной скорости нужна мощность, для ускорения – крутящий момент.

Для чего нужен тахометр?

В любой «уважающей себя» машине есть такой прибор как тахометр. Для многих опытных водителей очевидно, о чём я сейчас напишу, но часто встречаются люди, которые вообще никогда не задумывались ни о наличии тахометра, ни о его предназначении. Он обычно располагается рядом со спидометром и показывает, простите за выражение, частоту вращения коленчатого вала двигателя 🙂 Или на жаргоне это проще называют «обороты двигателя». Чем сильнее водитель нажимает на педаль газа, тем больше топлива поступает в мотор и тем больше его обороты. Соответственно, при разгоне стрелка тахометра движется вверх по шкале, при замедлении – вниз.

Как все это связано между собой? И какое отношение это имеет к безопасному вождению?

Тахометр и крутящий момент

Теперь самое интересное. Посмотрите на технические характеристики любого автомобиля, и вы увидите: в них указаны не просто мощность и крутящий момент, а максимальная мощность и максимальный крутящий момент. Стало быть, бывают еще и не максимальная мощность и не максимальный крутящий момент…

Эти вопросы мы подробно разбираем на эксклюзивном курсе нашей школы «курс MBA для водителя: Мастерство Вождения Автомобиля», где я часто задаю студентам вопрос: «Предположим, мощность вашего авто – 200 л.с. Всегда ли вы имеете под капотом эти 200 лошадей?» В ответ я обычно слышу либо «не знаю», либо «всегда». Причем ответ «всегда» аргументируется так: «Ну ведь в паспорте написано, что мощность равна 200 л. с., значит, она у меня есть всегда».

Ответ неверный. Обратимся к техническим характеристикам, например, Honda Accord VII 2.4. Вот что там написано:

  • максимальная мощность: 190 л.с. при 6800 об/мин
  • максимальный крутящий момент: 220 Н*м при 4500 об/мин

Мотор развивает максимальные мощность и момент не всегда, а только когда стрелка тахометра показывает определенные значения, в случае с Honda Accord, 6800 об/мин! И максимальный крутящий момент – при показании стрелкой 4500 об/мин.

Отсюда первый вывод: максимальная мощность и максимальный крутящий момент зависят от оборотов двигателя.

Опасность высоких оборотов — миф

И отсюда же второй вывод. Многие из моих учеников и просто знакомых рассказывают, что инструкторы в автошколах очень не любят, когда мотор ревёт, и, ругаясь, заставляют переключаться на повышенную передачу. Якобы, движение на высоких оборотах вредно и разрушительно для мотора, снижается его ресурс и т.п. Друзья мои, это миф!

Сами посудите, производитель заложил в характеристики мотора возможность и, порой, необходимость движения на средних и высоких оборотах вплоть до того, когда стрелка тахометра «ложится» на красную зону. И без этого невозможно достичь ни максимального крутящего момента, ни максимальной мощности. Как думаете, у кого больший авторитет в этом вопросе: у инструктора из местной автошколы или у мирового производителя автомобилей?

Максимальное ускорение – на высоких оборотах

Идем дальше и посмотрим на график – так называемую внешнюю скоростную характеристику – для той же Honda Accord VII 2.4:

Как видно из графика, максимальная мощность «находится» в конце шкалы тахометра, возле его красной зоны – 6800 об/мин. Выходит, наши 190 лошадей машина выдает только в те самые «ужасные» моменты, когда мотор ревет, а тахометр зашкаливает 🙂 В остальные 99% времени езды вы используете лишь какую-то часть его мощности.

Что касается крутящего момента, то он имеет форму горба, и его зона максимума находится в районе 3000-5000 об/мин. Какой в этом практический смысл? При показаниях тахометра ниже 3000 об/мин движок тянет не ахти как, а в районе 2000 и ниже – не тянет вообще и очень страдает, если в эти, по-настоящему для него ужасные, моменты водитель от него что-то требует. И самое интересное, это актуально для большинства бензиновых моторов – ниже 3000 двигатель тянет плохо! У зоны ниже 3000 есть и свой плюс: низкий расход топлива.

Два режима работы двигателя

И тогда мы можем условно разделить тахометр на 2 зоны:

Экономичная зона: 2000-3500 об/мин. На рисунке отмечена зеленым. В этой зоне мотор потребляет мало топлива и плохо ускоряется.

Скоростная зона: 3500 об/мин и выше. На рисунке отмечена желтым. В этой зоне мотор необычно прожорлив, но ускорение выдает что надо – максимальное.

Обратите внимание на еще одну зону – красную: туда стрелке тахометра лучше вообще никогда не попадать, поскольку это будет уже разрушительно для двигателя. Но не стоит волноваться: в современных машинах на заводе устанавливают ограничитель оборотов, который не позволяет стрелке зайти в красную зону.

Все приведенные показания тахометра в целом актуальны для атмосферных бензиновых моторов. У турбированных моторов максимум момента начинается при более низких оборотах: 2000-2500 об/мин. А у дизелей вся картинка мощности и момента смещена влево, в зону более низких оборотов. То есть у дизелей все выглядит точно так же, только минус 1000 об/мин.

Безопасное вождение, крутящий момент и тахометр

И теперь переходим к самой сути вопроса. Как связана безопасность вождения с крутящим моментом и, тем более, с тахометром? Очень просто. Безопасность вождения означает возможность совершить маневр, который позволил бы избежать ДТП. А маневров может быть три:

1. Изменение направления движения (действия рулем);

  • торможение рабочим тормозом (нажатие на педаль тормоза)
  • торможение двигателем (отпускание педали газа)

3. Ускорение (нажатие на педаль газа)

Руль и тормоз: всегда готовы!

Если сцепление шин с дорогой хорошее, изменить направление движения мы можем всегда, поскольку руль по умолчанию находится в «боевом» состоянии. Повернули руль – повернул и автомобиль. Аналогичная ситуация с торможением: педаль тормоза всегда готова к работе. Нажали – затормозили.

Педаль газа часто дремлет

А с педалью газа дело обстоит куда сложнее. Автомобиль не всегда хорошо реагирует на действия педалью газа, а только в зоне максимального крутящего момента, то есть в зоне средних и высоких показаний тахометра. Совершить маневр ускорения или торможения двигателем мы можем, только в тот удачный и счастливый момент, когда стрелка тахометра показывает не ниже 3000 об/мин.

Получается, руль и педаль тормоза в машине готовы к маневру всегда, а педаль газа – не всегда, а только при показаниях тахометра не ниже 3000 об/мин. И если дорожная ситуация возможно (возможно! Мы ведь не можем заранее знать исход событий на 100%, а можем только прогнозировать) потребует от вас активных действий педалью газа, вам следует заблаговременно повысить обороты двигателя до 3500 об/мин или выше.

Безопасность вождения — максимальный крутящий момент

Уверен, теперь вам понятна связь между тахометром, крутящим моментом двигателя и безопасностью вождения 🙂

Итак, чтобы сохранить безопасность вождения и быть готовым к маневру, нужно повысить обороты двигателя до «желтой», скоростной зоны тахометра. Как это сделать? Очень просто – включить пониженную передачу. Если у вас механическая коробка передач, то, без вариантов, делаете это сами. Если же у вас «автомат», идеально, если вы тоже переключите передачу заранее сами, с помощью режима ручного переключения. Зачем в ручном режиме? Об этом читайте в статье «Безопасное вождение: минусы автомата».

Для чего нужна коробка передач?

Как становится ясно из написанного выше, двигатель дорожного автомобиля работает по-разному при разных оборотах. На «низах» потребляет мало топлива и плохо тянет, на «верхах» тянет хорошо, но и аппетитом обладает куда большим. Значит, нам нужно управлять оборотами мотора, чтобы получать от него нужную отдачу в зависимости от дорожной ситуации. Как это сделать? Очень просто: переключать передачи. Именно для этого в любой машине есть коробка передач: для регулировки оборотов двигателя, и ни для чего больше!

Сами посудите, в большинстве современных машин, кроме малолитражек, II передача обеспечивает разгон до 90 км/ч. А что такое 90 км/ч? Это средняя скорость движения на скоростных трассах. Да, есть любители погонять по 140-150 км/ч, но их меньше, и с такими скоростями может справиться уже III передача. Однако те же современные коробки делаются пяти-, шести- а то и семиступенчатыми. Вопрос: зачем нужны IV, V и VI передачи, если можно управиться первыми тремя? Как раз для того, чтобы ехать с теми же скоростями, но при более низких оборотах двигателя и с большей экономичностью. А зачем на II передаче разгоняться до 90 км/ч, если можно обойтись экономичной VI передачей? Как раз для работы мотора на высоких обороах и возможности интенсивного ускорения.

Вот и вся наука! Именно поэтому правильно пользоваться тахометром при выборе передачи, а не чем-то еще. Потому что переключаем передачи мы именно для изменения оборотов двигателя, чтобы на любой скорости удерживать обороты двигателя в экономичной зоне и иметь при этом достаточный крутящий момент и тягу.