З 1907 року цей неточний показник потужності розділили на двазначення, наприклад, 6/22 к.С.. У першу цифру заклали значенняподаткової ставки, а в другу - потужність Введена податкова кінськасила відповідала певному значенню робочого об'єму двигуна:261, 8куб.См для чотиритактних моторів і 174, 5 куб. См – для двотактних.Поява такого способу встановлення податкових ставок було обумовленозалежністю робочого об'єму двигуна від кількості енергії, щовиробляється ним, і споживання палива. Позначати потужність укіловатах (кВт), згідно з міжнародною системою вимірювань СІ, почали значно пізніше. Насправді «потужність» відображає тяговіможливості двигуна лише побічно. З цим погодяться ті, хто їздив наавтомобілях-однокласниках з двигунами приблизно рівної потужностіта об'єму. Вони напевно помітили, що одні автомобілі досить жвавіпочинаючи з низьких оборотів, інші люблять тільки високі обороти, ана малих поводяться досить мляво. Багато питань виникає у тих, хтопісля легковика з 110-120-сильним бензиновим двигуном пересів закермо такої ж машини, але з дизельним двигуном потужністю всього70-80 к.С. За динамікою розгону, не використовуючи спортивний режим (високі обороти), на перший погляд малопотужний «дизель» легкообійде свого бензинового брата. У чому тут справа?
Вся ця плутанина викликана тим, що в кожному випадку така величинаяк сила тяги (FT, Н), прикладена до провідних колес, буде різною .Пояснення цьому легко знайти з формули:FT=Мкр•i•h/r, де Мкр-крутниймомент двигуна, i-передаточне число трансмісії, h – ККД трансмісії (при поздовжньому розташуванні двигуна h=0, 88-0, 92, при поперечному- h = 0, 91-0, 95), r - радіус кочення колеса. З формули видно, щочим більший момент двигуна, що крутить, і передавальне число, і чимменше втрати в трансмісії (тобто чим вище її ККД) і радіуспровідних коліс, тим більше сила тяги. Радіус коліс, передавальнечисло і ККД трансмісії у автомобілів-однокласників дуже схожі, томуна силу тяги вони впливають не настільки як крутний момент двигуна.Якщо у формулу підставити реальні цифри, то сила тяги на кожномупровідному колесі, наприклад, автомобіля Volkswagen Golf IV з75-сильним мотором, що розвиває крутний момент 128 Н•м, дорівнюватиме 441 Н або 45 кГ•с. Правда, ці значення дійсні, количастота обертання колінчастого валу двигуна (3300 об/хв) відповідаємаксимальному моменту, що крутить.
Що таке крутний момент Розібратися, що таке крутний момент, можна на простому прикладі. Візьмемо палицю і один її кінецьзатиснемо в лещатах. Якщо натиснути на інший кінець палиці, на неїпочне впливати момент, що крутить (мкр). Він дорівнює силі, прикладеній до важеля, помноженої на довжину плеча сили. У цифрахце виглядає так:якщо на важіль завдовжки один метр підвісити10-кілограмовий вантаж, з'явиться момент, що крутить, величиною 10кг•м. У загальноприйнятій системі вимірювання СІ цей показник (збільшується на значення прискорення вільного падіння – 9, 81 м/с2)дорівнюватиме 98, 1 Н•м. З цього випливає, що отримати більшийкрутний момент можна двома шляхами - збільшивши довжину важеля абовагу вантажу. У двигуні внутрішнього згоряння немає палиць івантажів, а замість них є кривошипно -шатунний механізм ізпоршнями. Крутний момент тут отримують завдяки згорянню горючоїсуміші, яка при цьому розширюється і штовхає поршень униз. Поршеньу свою чергу через шатун тисне на коліно колінчастого валу. Хоча вописі характеристик двигунів довжину плеча не вказують, про цедозволяє судити величина ходу поршня (подвоєне значення радіусакривошипа). Приблизний розрахунок моменту двигуна, що крутить, виглядає так. Коли поршень штовхає шатун із зусиллям 200 кг наплече 5 см виникає крутний момент 10 кгс, або 98, 1 Нм. Щоб цейпоказник став більшим, радіус кривошипа слід збільшити або зробититак, щоб поршень тиснув на шатунну шию з більшою силою. Збільшуватирадіус кривошипа до нескінченності не можна, тому що розмір двигунатеж доведеться збільшувати завширшки і заввишки. Зростають і силиінерції, що вимагають зміцнення конструкції або зменшеннямаксимальних обертів. З'являються при цьому інші негативні фактори.У такій ситуації у конструкторів двигунів залишився тільки одинвихід - збільшити силу, з якою поршень надає руху колінчастоговалу. Для цього паливно-повітряну суміш у камері згоряння необхідноспалити якісніше і більше. Досягають цього шляхом збільшенняробочого об'єму, діаметра циліндрів та їх кількості, а такожпокращення ступеня наповнення циліндрів паливно-повітряною сумішшю, оптимізації процесу згоряння, підвищення ступеня стиснення.Підтверджує це і розрахункова формула крутного моменту:Мкр = VHpe/0, 12566 (для чотиритактного двигуна), де VH – робочий об'ємдвигуна
(л), pe – середній ефективний тиск у камері згоряння (бар).
Отримати на колінчастому валу двигуна максимальний момент, щокрутить, вдається не на всіх оборотах. У різних двигунів пікмаксимального моменту, що крутить, досягається на різних режимах -в одних він більше на малих оборотах (в діапазоні 1800-3000 об/хв), у інших - на більш високих (в діапазоні 3000-4500 об/хв).Пояснюється це тим, що залежно від конструкції впускного тракту тафаз газорозподілу ефективне наповнення циліндрів паливно-повітряноюсумішшю відбувається лише за певних оборотів./b>
Великий крутний момент мають багатоциліндрові двигуни, мотори зтурбо-і механічним наддувом. А чемпіонами за величиною моменту, щокрутить, є «дизелі». Багато з них забезпечують автомобілю високудинаміку вже за 800-1000 об/хв. Якщо ж стати власником «дизеля», немає можливості, то підбирати машину краще з двигуном, у якогомаксимальний момент, що крутить, розвивається при більш низькихоборотах. Такий автомобіль легше розганяти. В іншому випадку двигундоведеться «ґвалтувати» високими оборотами, при яких і витратапалива вища і деталі зношуються інтенсивніше. Ті, хто стежить затенденціями розвитку автомобілебудування, могли помітити, щорозробники двигунів прагнуть «вирівняти» криву крутного моменту, тобто. Зробити його практично однаковим у всьому діапазоні обертів.Робиться це для того, щоб виключити провали на режимах, коливеличина крутного моменту ще або вже не дозволяє передати на колесабільшу силу тяги. Один з таких моторів - 2, 7-літровий V-подібнийшестициліндровий турбований двигун Audi. Цей 250-сильний двигунрозвиває величезний момент, що крутить, 350 Н•м у широкомудіапазоні обертів – від 1800 до 4500. Інший подібний, хоча і меншпотужний двигун пропонує концерн Volkswagen. Його 1, 8-літровий180-сильний турбований мотор розвиває крутний момент 228 Н•м вдіапазоні оборотів від 2000 до 5000. Їздити на машинах з такимидвигунами суцільне задоволення - незалежно від оборотів принатисканні на педаль «газу» автомобіль однаково динамічний ) і нетільки дозволяє любителям спортивної їзди повністю реалізувати своїбажання, але і при спокійній їзді сприяє впевненим обгонам, перебудовам та руху при повному завантаженні. Крутного моменту всучасних двигунах забезпечують різними шляхами:встановлюють по три, чотири і навіть п'ять клапанів на циліндр, механізми змін фазгазорозподілу, впускні тракти роблять зі змінною довжиною, крильчатки турбін роблять керамічними і регульованими із зміннимкутом нахилу лопаток і т.Д. Вся ця модернізація спрямовановдосконалення процесів наповнення циліндрів свіжим зарядом.Найбільшого результату в цій справі досягли інженери SAAB. У свійпоки що експериментальний двигун SAAB Variable Compression об'ємомвсього 1, 6 л вони примудрилися закласти потужність, що дорівнює 225к.С. Та крутний момент 305 Н•м. Досягти таких високих показниківшведським моторобудівникам вдалося завдяки можливості зміни об'ємукамери згоряння і відповідно до ступеня стиснення (від 14:1 до 8:1)залежно від режимів роботи двигуна. Одержанню цих характеристиксприяє і система наддуву повітря під високим тиском – 2, 8 атм., чотири клапани на циліндр та система проміжного охолодження повітря(Intercooler) (див. «Автоцентр» №14 '2000).< А як же ситуація зтаким популярним показником як потужність? Тут ситуація складаєтьсяв такий спосіб. Напевно, багато хто помічав, що поруч ізпотужністю, що вказується в характеристиці, завжди стоїть значенняоборотів колінчастого валу, при яких двигун розвиває цю потужність.Як правило, ці обороти наближені до максимальних. У всіх іншихрежимах двигун видає лише деяку частину зазначеної потужності. Чомутак відбувається, добре видно з формули для обчислення потужностідвигуна (кВт) – N=Mкрn/9549, де Mкр - середній крутний моментдвигуна (н.М), n - обороти колінчастого валу двигуна (об/хв). Зформули випливає, що значення потужності впливають величиникрутного моменту і обороти двигуна. Але оскільки чисельні значенняоборотів двигуна в десятки разів перевищують величину моменту, щокрутить (наприклад, 3000 об/хв і 120 Н.М), то і на зміну потужностівони будуть впливати більшою мірою. Це ще один доказ того, що силудвигуна потужність відбиває побічно. Вишесказане підтверджуєтьсянаступним прикладом. Коли ми їдемо по трасі з постійною швидкістю, прикладена до провідних колес автомобіля сила тяги витрачається наподолання всіляких сил опору руху (аеродинамічному, коченню колістощо) та тертя у різних механізмах. Але коли виникає потреба різкоприскоритися для обгону, зробити це вдається не завжди, тому щоз'являється необхідність долати сили інерції, що з'явилися. У цьомувипадку кажуть, що двигун не вистачає потужності. Але потужністьтут ні до чого, тому що з усіма силами опору руху бореться силатяги, яка залежить від величини крутного моменту двигуна. Щобзбільшити силу тяги, необхідний запас моменту, що крутить. Величинацього запасу і впливає на те, як швидко зможе прискоритисяавтомобіль. Для отримання більш різкого прискорення можна, звичайно, і перейти на знижену передачу, коли передатне числотрансмісії стане більшим і сила тяги на колесах збільшиться. Однакпри цьому є небезпека перекрутити двигун, та й подальшогоприскорення ми можемо не отримати, так як режим роботи двигуна можебути наближений до екстремального. Аналогічна ситуація складаєтьсяі на підйомах, коли запас крутного моменту одних двигунів дозволяєпродовжити рух, а в інших його відсутність вимагає переходу назнижену передачу. Висновок звідси напрошується наступний:який бпотужністю не мав двигун, а здатність розганяти автомобіль і«витягувати» його на підйом повністю покладена на момент, щокрутить. Виникає цілком справедливе питання:що означає потужність? Це універсальний показник, в який заклали цілу низку характеристикавтомобільного двигуна – енергоємність, споживання палива, тяговаздатність тощо.
Коментарі2
супер
пізнавально, дякую