Полка момента что это
О полке крутящего момента и переключении передач на конкретном примере
После рассуждений о переключении передач для обеспечения наилучшего разгона осталась некоторая недосказанность, которую лучше всего пояснить примером. Но сначала – немного теории.
Итак, у нас есть двигатель, который создаёт какой-то крутящий момент (на разных оборотах он разный). За двигателем, как правило, стоит коробка передач, которая преобразует момент, увеличивая его в u раз, где u – передаточное число выбранной передачи. После коробки передач момент ещё увеличивается на передаточное число главной передачи (оно, как правило, на автомобиле неизменно) и делится на радиус колеса, чтобы в итоге получить тяговую силу, которую автомобиль и расходует на преодоление внешних сопротивлений и разгон.
Соответственно, переходя на следующую передачу, мы уменьшаем передаточное число и передаваемый к колёсам момент в q раз, где q – знаменатель ряда передаточных чисел, т.е. отношение передаточных чисел двух соседних передач. На этом всё и построено: необходимо ехать на текущей передаче до тех пор, пока её повышенное передаточное число позволяет нам передавать к колёсам больший момент, а как только передаваемый момент на этой передаче сравнится с моментом на следующей передаче, стоит переключаться.
А теперь на примере конкретного автомобиля – Skoda Octavia 1,4 TSI с двигателем, имеющим вот такую характеристику:
Прочие интересные и необходимые данные:
Найдём наилучший момент для переключения с третьей на четвертую передачу. Знаменатель q составит 1,28/0,97=1,32 (для тех, кто пропустил теорию: во столько раз упадут обороты двигателя после переключения).
1. Машина жмёт уже 78 км/ч, на одометре 4000 об/мин, двигатель развивает 200 Н*м, которые превращаются в 3847Н тяги на колёсах, но полка крутящего момента только что подошла к концу. Переключаемся? Конечно, нет. После переключения мы окажемся в точке с оборотами 4000/1,32=3030 об/мин, где двигатель будет развивать всё те же 200 Н*м, но из-за уменьшившегося в 1,32 раза передаточного числа тяга на колёсах составит всего 2913Н. Проигрыш очевиден, продолжаем гнать на третьей передаче.
2. Машина жмёт уже 88 км/ч, на одометре 4500 об/мин, двигатель развивает 190 Н*м, которые превращаются в 3655Н тяги на колёсах, но крутящий момент продолжает уменьшаться, хотя мощность ещё растёт. Переключаемся? Конечно, нет. После переключения мы окажемся в точке с оборотами 4500/1,32=3410 об/мин, где двигатель будет развивать уже 200 Н*м, но из-за уменьшившегося в 1,32 раза передаточного числа тяга на колёсах составит всего 2913Н. Проигрыш очевиден, продолжаем гнать на третьей передаче.
3. Машина жмёт уже 98 км/ч, на одометре 5000 об/мин, двигатель развивает 177 Н*м, которые превращаются в 3405Н тяги на колёсах, но крутящий момент продолжает уменьшаться, хотя мощность только что достигла своего пика. Переключаемся? Конечно, нет. После переключения мы окажемся в точке с оборотами 5000/1,32=3790 об/мин, где двигатель будет развивать уже 200 Н*м, но из-за уменьшившегося в 1,32 раза передаточного числа тяга на колёсах составит всего 2913Н. Проигрыш очевиден, хотя и стремительно уменьшается, продолжаем гнать на третьей передаче.
4. Машина жмёт уже 108 км/ч, на одометре 5500 об/мин, двигатель развивает 150 Н*м, которые превращаются в 2885Н тяги на колёсах, но крутящий момент продолжает уменьшаться, да и мощность уже падает. Переключаемся? Нет, но момент уже близок. После переключения мы окажемся в точке с оборотами 5500/1,32=4170 об/мин, где двигатель будет развивать уже 197 Н*м, но из-за уменьшившегося в 1,32 раза передаточного числа тяга на колёсах составит всего 2869Н. Проигрыш в тяге уже почти нивелирован скисающим двигателем, пока продолжаем гнать на третьей передаче, но будьте начеку.
5. Вот он, момент истины: машина жмёт 110 км/ч, на одометре 5600 об/мин, двигатель развивает 146 Н*м, которые превращаются в 2808Н тяги на колёсах, но крутящий момент продолжает уменьшаться, да и мощность уже падает. Переключаемся? В самый раз! После переключения мы окажемся в точке с оборотами 5600/1,32=4240 об/мин, где двигатель будет развивать уже 192 Н*м, но из-за уменьшившегося в 1,32 раза передаточного числа тяга на колёсах составит те же самые 2810Н. Обратите внимание, что переключение было произведено как раз в соответствии с рекомендациями предыдущего поста: мощность двигателя на 5600 об/мин и на 4240 об/мин одинакова!
6. А теперь посмотрим на тех упрямцев, что не переключились вместе со мной и продолжают крутить двигатель дальше: Машина жмёт уже 118 км/ч, на одометре 6000 об/мин, двигатель развивает 133 Н*м, которые превращаются в 2558Н тяги на колёсах, подскисший двигатель готов упереться в отсечку. Что же, кроме как переключаться, делать нечего. После переключения мы окажемся в точке с оборотами 6000/1,32=4550 об/мин, где двигатель будет развивать уже 186 Н*м, но из-за уменьшившегося в 1,32 раза передаточного числа тяга на колёсах составит 2709Н. Давно пора было переключиться, чтобы реализовывать большую тягу!
И, напоследок, график тяга–скорость для третьей и четвертой передач:
Очевидно, что для наилучшего разгона нужно реализовывать максимальную тягу, как это и показано на графике. Надеюсь, этим постом я снял если не все, то большинство вопросов, касающихся правильного момента переключения передач.
Зачем вообще нужна полка крутящего момента?
В прошлом посте мы выяснили, что для эффективного разгона нужно держать обороты вокруг максимальной мощности, что зачастую приводит к тому, что двигатель вообще не эксплуатируется на полке крутящего момента. Этот пост призван ответить, чем она так хороша и зачем вообще нужна.
Во-первых, даже если мы хотим разгоняться эффективно, то всё равно, как минимум один раз, на первой передаче, нам всё равно придётся пробежаться по всем диапазону оборотов, прежде чем мы переключимся на вторую. Так что даже в этом случае полка момента не останется незадействованной.
Третья же причина не эксплуатационная, а сугубо инженерная. Дело в том, что металлы, из которых в основном и изготавливается трансмиссия, имеют такое неприятное свойство, как усталость. Давайте поясню на картинке:
Допустим, у нас есть некий предельный момент (Мпред), который может выдержать конструкция. Любое воздействие статического момента (то есть не меняющегося во времени) меньше этого (Мстат) для конструкции не страшно до тех пор, пока этот момент не начнёт изменяться (колебаться) – и вот тогда наше изделие рано или поздно сломается, несмотря на то, что момент сам по себе был небольшой (Мколеб).
Таким образом, действие постояного момента на трансмиссию – это благо, которое продлевает её ресурс. Двигатель и так передаёт энергию порциями (с одного цилиндра на два оборота коленвала – одна порция, по времени совпадающая с временем горения смеси), кстати, для смягчения этих колебаний от двигателя ставят демпфер в сцеплении, так что колебаний в трансмиссии более, чем достаточно. Поэтому возможность поработать на постоянном моменте благостно сказывается на ресурсе трансмиссии.
Теперь о том, почему бы эту полку не продлить до максимальных оборотов, иначе говоря, о том, зачем же нужен ниспадающий хвостик кривой крутящего момента. Представьте, что вы едете вот на таком режиме на установившейся скорости, например, на высшей передаче:
Установившаяся скорость означает, что тяга, развиваемая двигателем, полностью компенсирует внешние сопротивления. А теперь представьте, что эти сопротивления вдруг увеличились (подул встречный ветер, вы поехали в горку или асфальт стал более шершавым). Ваша скорость начнёт падать, а с ней и обороты двигателя. Что будет происходить с крутящим моментом и тягой на колёсах? Они начнут расти, компенсируя возросшее внешнее сопротивление. Так что ниспадающая на высоких оборотах характеристика крутящего момента позволяет нам компенсировать незначительные увеличения внешних сопротивлений незначительным уменьшением скорости, без переключения передач (а ведь переключение передач – это усталость водителя, износ синхронизаторов и сцепления, да и просто потеря времени!).
Так что такая характеристика двигателя здорово облегчает нам жизнь.
Надеюсь, что основные вопросы по внешней скоростной характеристике двигателя я снял, если остались неясности, обязательно спрашивайте в комментариях, а в следующем посте я собираюсь уже наконец доложить по теме, анонсированной здесь.
>Все намного проще
Начну пожалуй с того зачем?
Потому что много кто что то слышал или видел, но не понимает до конца оба эти параметра, которые являются повсеместными для описания характеристик двигателей внутреннего сгорания и на что они влияют.
Это сила, приложенная. Так обычно начинаются все статьи, пару примерчиков из жизни и так далее.
Я же начну с того, с чем реально встречается российский автомобилист два раза в год. и это обычное колесо. Ведь только оно в итоге передаёт все характеристики ДВС на дорогу.
Для физиков скажу что рассматриваю ситуацию где переменные только момент и мощность, без всяких передач, потерь и других факторов.
Так что же такое крутящий момент ДВС для колеса? Это сила с которой колесо отталкивается от поверхности.
А что тогда мощность? Это насколько быстро совершается работа, а для колеса работа это вращение.
Очень важный пункт, что мощность зависит напрямую от момента. Поэтому мощность это скорее табличная величина, указывающая на тягово-конструктивные характеристики ДВС.
Вся сложность однако не в определении этих понятий, а в их максимальных значениях. Оба параметра меняют свои значения при разных оборотах ДВС.
Так вот у КАЖДОЙ отдельной модели двигателя свои отдельные характеристики момента и мощности.
Допустим у двух ДВС одинаковый крутящий момент, но на первом максимальный момент на 3500 об/мин, а на втором при 4400 об/мин. И если поставить их на одинаковые машины, какая из них разгонится быстрее? Та у которой пиковый момент наступает раньше, потому что колесо машины отталкивается от поверхности максимально раньше, чем второй.
Есть ещё такой жаргон как «полка момента». wtf?! Это так описывают пиковый момент в каком то диапазоне оборотов(синяя линия).
Диапазон оборотов это же не какое то определённое значение, а значит и разгон будет бодрым и без необходимости втыкать другую передачу. Но «полка» дружит только с турбинами. Потому что помимо поршней горючую смесь помогает задуть в цилиндр турбина, за счёт этого и есть диапазон, а не пик.
Хотел в двух словах, а понаписал.
Надеюсь уложилось в голове, что крутящий момент-это КАК разгоняется машина, а мощность-это НА СКОЛЬКО разгонится машина
Очередная статья, призванная внести ясность, но, наоборот, запутывает.
Мощность равно момент умножить на обороты.
У велосипедиста как раз 140НМ (!) момента, но оборотов очень мало, потому и получается четверть лошадиной силы.
Если движок имеет много оборотов, но мало момента, то редуктор имеет малую ведущую шестерню и большую ведомую, а если мало оборотов и много момента, то большую ведущую и малую ведомую. Много момента плохо, потому что нагрузка на шестерни выше. Много оборотов плохо, потому что нагрузка на механизм ГРМ выше.
«Надеюсь уложилось в голове, что крутящий момент-это КАК разгоняется машина, а мощность-это НА СКОЛЬКО разгонится машина»
Как то не очень сильно. Вы ещё опишите вращение магнитного поля и прочие казусы
Думал комменты помогут разобраться, появилось больше вопросов%)
Чё ж на драгстеры дизеля массово не ставят?
В точку
Ответ на пост «Кого ненавидят чернокожие»
Я когда приехал в Штаты, уж 30 лет назад, мне объяснили ребята что nigger это не цвет кожи, а поведение, когда ему все должны, наглое и навязчивое. А ещё есть wiggers, white niggers, с таким же поведением. Нормальные чёрные, которых очень много, и бедные и богатые, разные, сами не любят niggers. Не так давно в Каролине, мне здоровый чёрный мужик, с мозолями на руках, сказал: вы из Калифорнии? У вас там ниггеры распоясались. Я их терпеть не могу. Из за них люди думают что все чёрные лентяи и воры. А это вовсе не так.
Недооценил
Тётя вернулась в Бразилию
Логично
Зендая be like
Туарег
Что такое крутящий момент двигателя? Рассказываем, объясняем и показываем
Крутящий момент двигателя — это тяговая характеристика двигателя, которая в отличие от мощности дает весьма отдаленное представление об истинных возможностях автомобиля. Для более полного раскрытия этого понятия необходимо прежде всего уяснить, что момент двигателя и момент на колесах автомобиля — это две большие разницы. Крутящий момент двигателя, будучи величиной равной силе на плечо (Н*м) — сила давления сгоревших в двигателе газов через поршень и шатун на плечо кривошипа коленвала, показывает лишь потенциал мотора, а сам автомобиль, в конечном итоге, движет крутящий момент на колесах.
Для оценки реальных тягово-динамических возможностей автомобиля на основе крутящего момента двигателя необходимо провести довольно утомительный расчет крутящего момента на колесах автомобиля. Для данного расчета также понадобятся, указанные в технических характеристиках, величины оборотов двигателя, передаточных чисел КПП и главной передачи, диаметра колес и т.д. Тогда как указанная величина мощности двигателя, не требуя дополнительных данных и расчетов, наглядно демонстрирует тягово-динамические возможности автомобиля, то есть крутящий момент на колесах.
Момент вращения
Если выражаться языком физики, то понятие о вращающем моменте легко уяснить, зная принцип получения преимущества от использования рычага. Вычисляемые путем сложения приложенных на рычаг усилий (вес груза) к длине плеча (рычага) «ньютон-метры», показывают потенциальное количество выполняемой работы. В случае с ДВС вес груза – это усилие с которым поршень после сгорания топливно-воздушной смеси совершает возвратно-поступательное движение. Длина плеча будет не чем иным, как ходом поршня (расстояние от ВМТ до НМТ). Вращающее усилие создается только во время рабочего такта.
От чего зависит полка крутящего момента
Согласно расчетной формуле Мкр = F х L, где F – это сила, а L – длина плеча, момент вращения будет зависеть от КПД сгорания топливно-воздушной смеси (F) и величины хода поршней (L).
Поскольку автомобиль – это комплексный механизм, на крутящий момент двигателя влияет ряд характеристик других узлов и агрегатов. Ведущие колеса автомобиля будут получать максимальное тяговое усилие лишь в тот момент, когда взаимодействие механизмов является оптимальным. Пик крутящего момента достигается на таких оборотах двигателя, когда наполнение камеры сгорания рабочей смесью, сжигание продуктов горение и вывод отработавших газов осуществляется с минимальными механическими потерями. Для каждого двигателя этот параметр колеблется в зависимости от конструктивных особенностей и типа используемого топлива.
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: Течь масла из-под сальника коленвала: причины и устранение проблемы
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.
Мощность
Количество полезной работы, преобразованное возвратно-поступательными движениями КШМ, обозначается ньютон-метрами (крутящий момент). Тогда что такое мощность двигателя? Мощностью именуется количество произведенной работы за единицу времени. Иными словами, количество единиц крутящего момента, которое мотор способен выдать за определенный промежуток времени. Мощность двигателя измеряется в киловаттах (кВт).
Формула для расчета мощности в киловаттах:
P=Mkp*n/9549, где n – количество оборотов коленвала в минуту; Mkp – вращающий момент на коленчатом валу.
Нехитрое логическое умозаключение приводит нас к тому, что мощность мотора зависит от количества оборотов.
На что влияет крутящий момент двигателя
Если производить аналогию с человеческим организмом, то можно условно определить, что крутящий момент — это аналог силы, а мощность — это аналог выносливости. Именно от мощности двигателя внутреннего сгорания в конечном итоге зависит то, какую максимальную скорость может развить автомобиль, а от крутящего момента — то, как быстро сможет он это сделать. Именно поэтому далеко не все мощные автомобили имеют хорошую динамику разгона, и далеко не все, у которых она находится на высоком уровне, располагают очень мощными моторами.
Опытные автомобилисты отлично знают, что лучше всего выбирать для себя автомобиль с таким двигателем, показатель крутящего момента которого при работе на тех оборотах, на которых он обычно функционирует, является наилучшим. Дело в том, что это позволяет им использовать потенциал мощности ДВС в максимальной степени.
Следует заметить, что производители двигателей внутреннего сгорания всячески стремятся увеличить их крутящие моменты, причем во всем диапазоне работы моторов. Чаще всего пытаются достичь этого (и, кстати говоря, достаточно успешно) с помощью турбонаддува, управляемых фаз газораспределения (это оптимизирует процесс сгорания топливной смеси), повышения степени сжатия, использованием особых конструкций впускного коллектора и целым рядом других способов.
Рекомендуем: Как завести долго стоявшую дизельную машину
Соотношение крутящего момента к мощности
Для получения наглядного представления о взаимодействии двух величин рассмотрим основные характеристики мотора на графике. Он демонстрирует выдаваемую двигателем мощность и крутящий момент двигателя в зависимости от оборотов коленчатого вала.
График отчетливо демонстрирует тот факт, что тяговое усилие на колесах не прямо пропорционален количеству оборотов либо мощности. Двигатель достигает пика крутящего момента уже на 3 тыс. об/мин. Максимум мощности доступно на 5500 об/мин. В обоих случаях обороты продолжают расти, но отдача падает. Для обозначенного двигателя обороты от 2500 до 5 тыс. наиболее оптимальные.
В этом режиме работы близкая к максимальному значению «полка» момента позволит полноценно реализовать потенциал мотора на протяжении всего отрезка.
Приведенный график является примером гражданской настройки современных бензиновых моторов. Преимущества очевидны:
Настройка подобного типа позволяет добиться «эластичности» двигателя. Такая работа обеспечивается не только программно (настройка ЭБУ), но и применением различных вспомогательных технологий (изменяемые фазы газораспределения).
Разница мощностных характеристик во многом зависит от конструкции системы впуска и выпуска. К примеру, двигатели оснащенные турбонаддувом в точке выхода на «буст» получают значительную прибавку в динамике. Крутящий момент и количество лошадиных сил таких моделей значительно превышают своих атмосферных собратьев.
Какому двигателю отдать предпочтение
Сегодня множество моделей производители оснащают разными типами моторов: бензиновым или дизельным. Эти модели идентичны только по цене и другим характеристикам.
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.
ВАЖНО! Что касается выбора между бензиновым и дизельным двигателями, они в первую очередь отличаются мощностью и крутящим моментом. На практике это означает, что при одинаковом объеме двигателя дизельный быстрее разгоняется, а бензиновый позволяет давать более высокую скорость.
Кроме того, благодаря большему крутящему момент автомобиль, использующийся как грузовой, обладает большей грузоподъемностью за счет двигателя. Особенно если двигатель дизель-генераторный.
Что такое лошадиные силы
Наблюдательный читатель, скорей всего, отметит подозрительным тот факт, что до сих пор не прозвучало, всеми так любимое «лошадиные силы». Суть в том, что «скакуны» – это лишь дань моде тех времен, когда механизмам приходилось доказывать свое преимущество над живой рабочей силой. Поэтому превосходство (способность выполнить определенное количество работы) удобно было выражать в пересчете на потенциал одной лошади. Фактически 1 л.с – это усилие, которого достаточно для поднятия груза массою 75 кг на 1 м за 1 с.
Для того чтобы получить «лошадиные силы» достаточно умножить значение мощности в киловаттах на коэффициент 1,36.
Покупатели не потеряют ровным счетом ничего, если производители откажутся использовать «л.с» в качестве показателя мощностных характеристики автомобилей. Обозначить крутящий момент и мощность в кВт вполне достаточно. Но традиция настолько глубоко запечатлелась в сознании, что тратить усилия на ее разрушения попросту нецелесообразно.
Зависимости вращающего момента и мощности ДВС от частоты оборотов
В большинстве случаев зависимости величины крутящего момента и мощности двигателя от количества оборотов имеют такой вид, как на графике 1:
Из графика зависимости видно, что при малых оборотах крутящий момент небольшой, по мере их увеличения он достигает максимума 178 ньютон на метр при величине оборотов около 4500 в минуту, затем начинает падать. Вместе с тем мощность, пропорциональная произведению количества оборотов на крутящий момент до 5500 оборотов в минуту продолжает увеличиваться вплоть до 124 лошадиных сил, как на примере, затем после значительного уменьшения крутящего момента, также падает.
Физически это объяснить нетрудно. На малых оборотах в область сгорания в единицу времени поступает незначительное количество топливно-воздушной смеси, соответственно, сила, воздействующая на поршни, обеспечивающие крутящий момент, небольшие. При увеличении оборотов сгорание больше, крутящий момент увеличивается. Его уменьшение при дальнейшем увеличении оборотов связано с:
Современные двигатели с турбонаддувом обеспечивают поступление топливно-воздушной смеси в полном объеме и на малых оборотах, кроме этого имеют отлаженную систему электронного регулирования. За счет этого характеристика крутящего момента на различных оборотах более равномерная, как показано на графике 2:
Из графика видно, что высокий крутящий момент обеспечивается на низких оборотах вплоть до 2000 об./минуту и не сильно уменьшается до 5500 об./минуту.
Высокооборотные двигатели позволяют увеличить мощность за счет увеличения количества оборотов до 7.000 – 8.000 в минуту и более, как показано на графике 3:
Как видно из графиков, мощность двигателя является зависимой от крутящего момента и количества оборотов двигателя величиной. Приобретая автомобиль, желательно ознакомиться с динамическими характеристиками двигателя, зависимостью крутящего момента от величины оборотов.
Если вы желаете комфортно передвигаться в городском ритме движения, совершая уверенные обгоны и перестроения, лучше приобрести автомобиль с низкооборотным двигателем либо турбонаддувом. В том случае, если вы любитель погонять с ветерком на автобане, подходит вариант высокооборотного движка.
Видео — взаимосвязь мощности и вращающего момента ДВС: