ВІДКРИВАННЯ: крутний момент, коні, сили, трохи релігії та велосипедів (частина перша)…

1.ПРЕДИСТОРІЯ
1.1 Напередодні Великодня виникла потреба викласти свої ІДЕІ просвітобудову, традиції, життя та духовність (схильний викладати, бошвидко залишають мозок)…
Я за релігію, як спосіб психологічної допомоги людям, як традиціюГУМАННОСТІ, як місце та можливість для душевного спокою татворчості, як зведення моральних правил на додаток (а часом інатомість) НОРМАТИВНИМ АКТАМ, але проти ВОНОЮ, як спосібманіпуляції свідомістю…
На жаль, НЕ ДОСЯГ той рівень душевного благополуччя і спокою, що бНЕЗАВІТНО довіритися ЇЙ…
До питання про ВІРУ:звичайно ВІРЮ (у те, що бачу, відчуваю і роблю)і НЕ ЗАВЖДИ- в тому, у чому переконують, що показують ізмушують…приймаючи наявність ЯВ, недоступних для розуміння нашоюсвідомістю та розумом…
І якщо, НАУКА-двигун технічного прогресу, то РЕЛІГІЯ має бутиджерелом ДУХОВНОСТІ та КУЛЬТУРИ (напевно, колись так і було)…
І якщо МИ - зроблені за образом і подобою БОГА, то виникає ПИТАННЯ- якому саме ПОДОБІЮ:технічному, анатомічному, хімічному, фізичномучи інформаційному?
Наприклад, як люди, ПЕРЕДАВаючи свої недосконалі функції МЕХАНІЗМАМ (сила- зброя, переміщення-транспортні засоби, обробкаінформації-комп'ютери, здоров'я- медицина і т.П.)... А, ЩО, ЯКЩОВІН НАСТУПИВ ТАКОЖ…
І тепер ПРОСТО не може без НАС (усього, теорія)… МИ то вже неможемо БЕЗ ПОМОЧНИКІВ…
1.2 Поява ТУРБОДИЗЕЛЯ у мене стала РЕАЛЬНИМ ВІДКРИВАННЯМ (знауково-технічно-автомобільної позиції), ось як МОІСЕЙ очумів призустрічі з АНГЕЛОМ на ГОРІ (читати ВІДКРИВЕННЯ МОЇСЕЯ), так іЯ-БЕЗВІТНО ПОВЕРИВ У ТУРБОДИЗЕЛЬ…
Ну і нехай він може взимку що замерзнути, а влітку пінитися, ну неподобається його ГОЛОС і запах, байдуже наявність короткоготахометра і необхідності вправності в ЛОВЛІ МОМЕНТА і перемиканняпередач…
ЗАТЕ ВІН МОЖЕ:вдавити в сидіння на будь-якій швидкості і практичнона будь-якій передачі (у межах планки еластичності), ЛЕГКОрозганятися ВГОРУ (абсолютно, не напружуючись), проїхати на 1 літрі25 кілометрів, ЇСТИ СИРУ НАФТУ (теоретично, вегетаріанець) ... Янічого не проповідую - всього лише описую свої враження ... І хочуПОНЯТИ:НАРОДУ (мОЕМУ) не дают в полной мере общедоступнойинформационно-технической ПРАВДЫ (хотя бы, насчет АВТО) иВОЗМОЖНОСТИ попробовать и лично все это проверить… И КОМУ ЭТО, ВСЕТАКИ, ВЫГОДНО…КТО ПОДДЕРЖИВАЕТ ЖИЗНЕСПОСОБНОСТЬ МИФА ОНЕРАЦИОНАЛЬНОСТИ ДИЗЕЛЯ (для гражданских авто )…
2. ТЕХНІЇ ФАКТИ
2. 1 Потужність автомобіля характеризує його швидкісні якості – щовище потужність, то вище можна розвинути швидкість. Так повелося, що в автомобільному світі потужність прийнято вимірювати кінськимисилами. Однак потужність двигуна є величиною не постійною ібезпосередньо залежить від його оборотів. Інакше кажучи, на низькихоборотах у роботі двигуна задіяний далеко ще не весь «табун коней», лише деяка його частина. Так для бензинових двигунів більшостісучасних автомобілів максимальна потужність (яку вказують упаспорті) досягається при 5000-6000 оборотах на хвилину, а длядизельних – 3000-4000. Однак, у повсякденній міській їзді оборотидвигуна, як правило, нижчі, а значить, нижчі за потужність. А теперуявімо, що нам треба прискоритись для обгону – ми натискаємо напедаль і виявляємо, що «автомобіль не їде». У чому причина? Причина– у моменті, що крутить.
Крутячий момент – це добуток сили на плече важеля, до якого вонаприкладена, Мкр = F х L. Сила вимірюється в ньютонах, важіль – вметрах. 1 Нм - крутний момент, який створює сила в 1 Н, прикладенадо кінця важеля довжиною 1 м. У двигуні внутрішнього згоряння рольважеля виконує кривошип колінчастого валу. Сила, що народжуєтьсяпри згорянні палива, діє на поршень, через який і створює момент, що крутить. У коні цієї статті момент, що крутить, є величина, щовизначає наскільки швидко двигун може набрати максимальнупотужність. Неважко здогадатися, що ця величина характеризуєдинаміку розгону. Також як і потужність, максимальний момент, щокрутить, вказується для конкретних оборотів двигуна. При цьомуважливим параметром є не так величина моменту, скільки обороти, наяких він досягається. Наприклад, для різкого прискорення приспокійній їзді (2000-2500 об./хв.) кращий той двигун, крутниймомент якого досягається на низьких оборотах - натиснув на педаль імашина вистрілила. Відомо, що серійні бензинові двигуни розвиваютьне найбільший момент, що крутить, при цьому максимальне значеннядосягається тільки на середніх оборотах (зазвичай 3000-4000). Протебензинові двигуни можуть розкручуватися до 7-8 тис. Об./хв., щодозволяє їм розвивати досить велику потужність. На противагу такиммоторам «тихохідні дизелі», що розвивають не більше 5 000 об./хв., мають значний момент, доступний практично з самих «низів», прицьому програють у максимальній потужності.
І на десерт крапелька математики. Потужність двигуна можнарозрахувати за формулою:
P = Mкр*n/9549 кВт,
де Mкр – крутний момент двигуна (нм), n – обороти колінчастого валудвигуна (про ./хв.).
Для отримання кінських сил необхідно отриманий результат множити накоефіцієнт 1, 36.
На практиці відомо, що потужність двигуна більшою мірою залежитьвід оборотів, тому що цю величину «простіше наростити», ніж крутниймомент. Сухий залишок:для максимальної швидкості важлива потужністьдвигуна, а для прискорення - крутний момент. При цьому важливоюхарактеристикою є обороти двигуна, на яких цей крутний моментмаксимальний, тобто на яких можливе максимальне прискорення.випадках не піддаються прямому порівнянню один з одним.
Кінська сила (к.С.) Європа, pferdestarke - PS (нім.), cheval - ch (франц.) -1 к.С. (1 PS, 1 ch) = 0, 735 кВт = 0, 9862 hp
Кінська сила США, horsepower - hp (англ.) - 1 hp =1, 0139к.С.=0, 7457 кВт< 2.2Вже більше століття двигуни внутрішньогозгоряння використовуються практично у всіх областях транспорту.Вони є "серцем" автомобіля, трактора, тепловоза, корабля, літака іза останні тридцять років стали являти собою своєрідний сплавостанніх досягнень науки та техніки. Для нас вже звичними сталитакі терміни, як ПОТУЖНІСТЬ і МОМЕНТ, що крутять, і є необхіднимкритерієм оцінки силових можливостей двигуна. Але як правильно Виможете оцінити потенціал двигуна, маючи перед очима лише скупіцифри з технічними даними автомобіля? Сподіваюся, Ви не станетецілком покладатися на запевнення продавця автосалону, що моторавто, що купується Вами, досить потужний і повністю Васзадовольнить? Для того, щоб потім не пошкодувати про невигіднепридбання прошу ознайомитися з нижчевикладеним.
З давніх-давен для будівництва, переміщення вантажів, а такожтранспортування людей людство використовувало всілякі механізми тапристрої. З винаходом більш ніж 10 тис. Років тому ЙОГО ВЕЛИЧНІСТЬКОЛЕСА, теорія механіки зазнала серйозних змін. Спочатку, рольколеса зводилася тільки до банального зменшення опору (сили тертя)та переведення сили тертя в кочення. Звичайно, котити кругленабагато приємніше, ніж тягнути квадратне! Але якісна зміна способузастосування колеса відбулася набагато пізніше завдяки появі іншогогеніального винаходу - ДВИГУНА! Батьком парового локомотива частішеназивають Джорджа Стівенсона, який побудував у 1829 році свійзнаменитий паровоз "ракета". Але ще 1808 року англієць РічардТревітік демонструє один із найреволюційніших винаходів в історіїперший паровоз. Але на нашу загальну радість Тревітік спочаткупобудував паровий автомобіль для вуличного руху, а потім вже тількиприйшов до думки про паровоз. Таким чином, автомобіль є до певноїміри прабатьком паровоза. На жаль, доля першовідкривача РічардТревітіка, як втім, багатьох інженерів, але не комерсантів склаласясумно. Він розорився, довго жив на чужині, і помер у злиднях. Алене будемо про сумне…
Наше завдання ― зрозуміти, що таке момент, що крутить, і потужністьдвигуна, і вона значно спроститься, якщо згадати пристрій паровоза.Крім пасивного перетворювача тертя з одного виду в інший, колесопочало виконувати ще одне завдання — створювати рушійну (тягову)силу, тобто, відштовхуючись від дороги, рухати екіпаж. Тиск паридіє на поршень, той, у свою чергу, тисне на шатун, останнійпровертає колесо, створюючи МОМЕНТ, що крутить. Обертання колесапід дією моменту, що крутить, викликає появу пари сил. Одна з них -сила тертя між рейкою і колесом - як би відштовхується від рейкиназад, а друга - та сама шукана нами СИЛА ТЯГИ через вісь колесапередається на деталі рами паровоза. На прикладі паровоза помітно, що чим більший тиск пари, що діє на поршень, а через нього нашатун, тим більша сила тяги штовхатиме його вперед. Очевидно, змінюючи тиск пари, діаметр колеса та положення точки кріпленняшатуна щодо центру колеса, можна змінювати силу та швидкістьпаровоза. Те саме відбувається в автомобілі.
Різниця в тому, що всі перетворення сил здійснюються безпосередньов самому двигуні. На виході з нього ми маємо вал, що простообертається, тобто, замість сили, що штовхає паровоз вперед, тут миотримуємо круговий рух валу з певним зусиллям ― КРУТНИМ МОМЕНТОМ. АПОТУЖНІСТЬ, що розвивається двигуном, ― це його здатністьобертатися якнайшвидше, одночасно створюючи при цьому на валукрутний момент. Потім вступає в дію силова передача автомобіля (трансмісія), яка цей момент, що крутить, змінює так, як нампотрібно, і підводить до провідних колес. І тільки в контакті міжколесом і дорожнім покриттям момент, що крутить, знову "випрямляється" і стає тяговою силою.
Очевидно, що тягову силу переважно мати найбільшу. Це забезпечитьпотрібну інтенсивність розгону, здатність долати підйоми іперевозити більше людей і вантажу.
У технічній характеристиці автомобіля є такі параметри, яккількість обертів двигуна при максимальній потужності імаксимальному моменті, що крутить, і величина цієї потужності імоменту. Як правило, вони вимірюються відповідно в оборотах захвилину (мин־¹), кіловатах (кВт) та ньютонометрах (нм). Необхідновміти правильно розуміти зовнішню швидкісну характеристикудвигуна.
Це графічне зображення залежності потужності та крутного моментувід оборотів колінчастого валу. Найбільш показовою є форма кривоїмоменту, що крутить, а не його величина. Чим раніше досягаєтьсямаксимум і чим більш порожня крива падає в міру збільшення обертів (тобто мотор має незмінну тягу), тим правильніше спроектований іпрацює двигун. Однак отримати двигун, що володіє достатнім запасомпотужності, високими оборотами та ще й стабільним МОМЕНТОМ, щокрутить, у широкому діапазоні оборотів, непросто. Саме на цеспрямовані застосування наддуву різних систем, електронногорегулювання упорскування палива, змінні фази газорозподілу, налаштування випускної системи та ряд інших заходів.
Давайте розглянемо приклад. Вам доведеться подолати підйом, азбільшити швидкість руху (розігнати автомобіль перед підйомом) неможна через дорожню обстановку. Для збереження темпу руху потрібнозбільшити силу тяги. Тут часто виникає ситуація, яка виглядає так, що додавання газу не дає приросту сили тяги. Це викликає зниженняшвидкості, а значить, і оборотів двигуна, що супроводжуєтьсяподальшим зменшенням сили тяги на провідних колесах. Так що жробити? Як підтримати велику тягову силу при малій швидкості руху, якщо двигун "не тягне", тобто, не забезпечує достатній МОМЕНТ, щокрутить? Вступає в дію трансмісія. Ви вручну, або автоматичнакоробка передач самостійно, змініть передатне число так, щоб силатяги та швидкість руху знаходилися в оптимальному співвідношенні.Але це додаткові незручності в керуванні автомобілем. Напрошуєтьсявисновок:було б краще, якби двигун сам пристосовувався до роботи утаких ситуаціях. Наприклад, ви в'їжджаєте на підйом. Сила опоруруху автомобіля зростає, швидкість падає, але силу тяги можнадодати, просто сильніше натиснувши на педаль газу. Автомобільніконструктори для оцінки цього параметра використовують термін "еЛАСТИЧНІСТЬ ДВИГУНА".
Це співвідношення між числами оборотів максимальної потужності таоборотів максимального крутного моменту (об/хв Pmax/об/хв Mmax).Воно має бути таким, щоб по відношенню до оборотів максимальноїпотужності обороти максимального крутного моменту були якомоганижчими. Це дозволить знижувати та збільшувати швидкість тільки зарахунок роботи педаллю газу, не вдаючись до перемикання передач, атакож їхати на підвищених передачах із малою швидкістю. Фактичнооцінити еластичність мотора можна шляхом перевірки можливостіавтомобіля розганятися від 60 до 100 км/год на четвертій передачі.Чим менше часу займе цей розгін, тим більш еластичний двигун. 2005рік. Головним чином, розглянемо характеристики Audi та BMW. ДвигунAudi, набагато меншого об'єму і майже такої ж потужності, практичноне поступається баварцю в розгоні з місця, зате в вимірах наеластичність і економічність кладе конкурента на обидві лопатки.Чому це відбувається? Тому що коефіцієнт еластичності мотора Audi2, 39 (4300/1800) проти 1, 66 (5800/3500) у BMW, а оскільки вагаавтомобілів приблизно рівна, жеребець із Мюнхена дозволяє датизавидну фору своєму співвітчизнику. Причому ці вражаючі результатидосягаються на паливі АІ-95. Отже, підіб'ємо підсумок!
З двох двигунів однакового об'єму і потужності, кращий той, у якоговища еластичність. За інших рівних умов такий мотор меншезношуватиметься, працюватиме з меншим шумом і менше витрачатимепаливо, а також спростить маніпуляції важелем коробки передач. Підусі ці умови потрапляють сучасні бензинові та дизельні двигуни знаддувом. Експлуатуючи автомобіль з таким мотором, Ви отримаєтемасу приємних вражень! 2.3 Що цікавить людей, які вивчають технічніхарактеристики того чи іншого автомобіля? Насамперед потужність, потім витрата палива та максимальна швидкість. Про момент, щокрутить, згадують рідко. А дарма.
Тягові можливості моторів ще з моменту народження самохіднихколясок прийнято оцінювати за потужністю, яка виражається вкінських силах. Через відсутність у ті далекі часи методикирозрахунку та визначення потужності до 1906/1907 років цяхарактеристика двигуна мала не цілком чітке позначення - вонапоказувала приблизну потужність - від і до, наприклад, від 15 до 20к.С.
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 податковакінська сила відповідала певному значенню робочого об'ємудвигуна:261, 8 куб. См для чотиритактних моторів та 174, 5 куб. См –для двотактних. Поява такого способу встановлення податкових ставокбуло обумовлено залежністю робочого об'єму двигуна від кількостіенергії, що виробляється ним, і споживання палива. Позначатипотужність у кіловатах (кВт), згідно з міжнародною системоювимірювань СІ, почали значно пізніше.
Насправді «потужність» відображає тягові можливості двигуна лишепобічно. 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, хто після легковика з 110-120-сильнимбензиновим двигуном пересів за кермо такої ж машини, але здизельним двигуном потужністю всього 70-80 к.С. За динамікоюрозгону, не використовуючи спортивний режим (високі обороти), наперший погляд малопотужний «дизель» легко обійде свого бензиновогобрата. 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, щобільше крутний момент двигуна і передавальне число, і що меншевтрати у трансмісії (тобто. Що вище її ККД) і радіус провіднихколіс, то більше вписувалося сила тяги. Радіус коліс, передавальнечисло і ККД трансмісії у автомобілів-однокласників дуже схожі, томуна силу тяги вони впливають не такою мірою, як крутний моментдвигуна.
Якщо у формулу підставити реальні цифри, то сила тяги на кожномуведучому 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 простий приклад.Візьмемо палицю і один її кінець затиснемо в лещатах. Якщонатиснути на інший кінець палиці, на неї почне впливати момент, щокрутить (мкр). Він дорівнює силі, прикладеній до важеля, помноженоїна довжину плеча сили. У цифрах це виглядає так:якщо на важільзавдовжки один метр підвісити 10-кілограмовий вантаж, з'явитьсямомент, що крутить, величиною 10 кг•м. У загальноприйнятій системівимірювання СІ цей показник (збільшується на значення прискореннявільного падіння – 9, 81 м/с2) дорівнюватиме 98, 1 Н•м. З цьоговипливає, що отримати більший момент, що крутить, можна двомашляхами – збільшивши довжину важеля або вагу вантажу.
У двигуні внутрішнього згоряння немає палиць і вантажів, а замістьних є кривошипно-шатунний механізм з поршнями. Крутний момент тутотримують завдяки згорянню горючої суміші, яка при цьомурозширюється і штовхає поршень униз. Поршень у свою чергу черезшатун тисне на коліно колінчастого валу. Хоча в описі характеристикдвигунів довжину плеча не вказують, про це дозволяє судити величинаходу поршня (подвоєне значення радіуса кривошипа).
Приблизний розрахунок моменту двигуна, що крутить, виглядає так.Коли поршень штовхає шатун із зусиллям 200 кг на плече 5 см виникаєкрутний момент 10 кгс, або 98, 1 Нм. Щоб цей показник став більшим, радіус кривошипа слід збільшити або зробити так, щоб поршень тиснувна шатунну шию з більшою силою. Збільшувати радіус кривошипа донескінченності не можна, тому що розмір двигуна теж доведетьсязбільшувати завширшки і заввишки. Зростають і сили інерції, щовимагають зміцнення конструкції або зменшення максимальних обертів.З'являються при цьому інші негативні фактори. У такій ситуації уконструкторів двигунів залишився тільки один вихід - збільшитисилу, з якою поршень надає руху колінчастого валу. Для цьогопаливно-повітряну суміш у камері згоряння необхідно спалитиякісніше і більше. Досягають цього шляхом збільшення робочогооб'єму, діаметра циліндрів та їх кількості, а також покращенняступеня наповнення циліндрів паливно-повітряною сумішшю, оптимізації процесу згоряння, підвищення ступеня стиснення.Підтверджує це і розрахункова формула моменту, що крутить:Мкр = VH•pe/0, 12566 (для чотиритактного двигуна), де VH - робочий об'ємдвигуна
(л), pe - середній ефективний тиск в 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.