Крутний момент, що це і навіщо він потрібен?

Крутящий момент, что это и зачем он нужен?
Крутний момент, що це і навіщо він потрібен?
Кожен двигун внутрішнього згоряння розрахований на певну максимальну потужність, яку він може видавати при наборі певної кількості обертів колінчастого вала. Однак крім максимальної потужності існує ще й така величина в характеристиці двигуна, як максимальний крутний момент, що досягається на обертах відмінних від оборотів максимальної потужності.

Що ж означає поняття крутний момент?
Кажучи науковою мовою, крутний момент дорівнює добутку сили на плече її застосування і вимірюється у ньютон — метрах. Отже якщо до гаечному ключа довжиною 1 метр (плече), прикласти силу в 1 Ньютон (перпендикулярно на кінці ключа), то ми отримаємо крутний момент дорівнює 1 Нм.
Для наочності. Якщо гайка затягнута з зусиллям 3 кгс, то для її відкручування доведеться до ключа з довжиною плеча в 1 метр прикласти зусилля 3 кг. Однак, якщо на ключ довжиною 1 метр надіти додатково 2-х метровий відрізок труби, збільшивши тим самим важіль до 3 метрів, то тоді для відвернення цієї гайки буде потрібно лише зусилля в 1 кг. Так чинять багато автолюбителів при відкручування колісних болтів: або додають відрізок труби, а за відсутності такого просто натискають на ключ ногою, збільшивши тим самим силу додатки до балонного ключа.
Так само якщо на важіль метрової довжини повісити вантаж рівний 10 кг, то з'явиться крутний момент дорівнює 10 кгм. В системі СІ це значення (перемножується на прискорення вільного падіння — 9,81 м/см2) буде відповідати 98,1 Нм.
Результат завжди один — крутний момент, це добуток сили на довжину важеля, стало бути, потрібен або довше важіль, або більшу кількість прикладається сили.
Все це добре, але для чого потрібен крутний момент в автомобілі та його величина впливає на його поведінку на дорозі?
Потужність двигуна лише опосередковано відображає тягові можливості мотора, і її максимальне значення виявляється, як правило, на максимальних обертах двигуна. У реальному житті в таких режимах практично ніхто не їздить, а от прискорення двигуну потрібно завжди і бажано з моменту натискання на педаль газу. На практиці одні автомобілі вже з низьких оборотів (з низів) ведуть себе досить жваво, інші навпаки воліють лише високі обороти, а на низах показують мляву динаміку.
Так у багатьох виникає маса питань, коли вони з авто з бензиновим мотором потужністю 105-120 л. с. пересідають на 70-80 – сильний дизель, то останній з легкістю обходить машину з бензиновим мотором. Як таке може бути?
Пов'язано це з величиною тяги на ведучих колесах, яка різна для цих двох автомобілів. Величина тяги безпосередньо залежить від твори таких показників як, величини крутного моменту, передаточного числа трансмісії, її ККД і радіуса кочення колеса.
Як створюється крутний момент в двигуні
У двигуні немає метрових важелів і вантажів, та їх замінює кривошипно-шатунний механізм з поршнями. Крутний момент в двигуні утворюється за рахунок згоряння паливо — повітряної суміші, яка розширюючись в обсязі із зусиллям штовхає поршень вниз. Поршень в свою чергу через шатун передає тиск на шийку колінчастого валу. У характеристиці двигуна немає значення плеча, але є величина ходу поршня (подвійне значення радіуса кривошипа колінчастого).
Для будь-якого двигуна крутний момент розраховується наступним чином. Коли поршень з зусиллям 200 кг рухає шатун на плече 5 см, з'являється крутний момент 10 кГс або 98,1 Нм. В даному випадку для збільшення крутного моменту потрібно або збільшити радіус кривошипа, або ж збільшити тиск розширюються газів на поршень.
До певної величини можна збільшити радіус кривошипа, але будуть зростати і розміри блоку циліндрів як в ширину, так і в висоту і збільшувати радіус до безкінечності неможливо. Та й конструкцію двигуна доведеться значно зміцнити, так як будуть наростати сили інерції та інші негативні фактори. Отже, у розробників моторів залишився другий варіант – наростити силу, з якою поршень передає зусилля для прокручування коленвала. Для цих цілей в камері згоряння потрібно спалити більше горючої суміші і до того ж більш якісно. Для цього змінюють величину і конфігурацію камери згоряння, роблять «витискувачі» на головках поршнів і підвищують ступінь стиснення.
Однак максимальний крутний момент доступний не на всіх обертах мотора і у різних двигунів пік моменту досягається на різних режимах. Одні двигуни видають його в діапазоні 1800 - 3000 об/хв, інші на 3000-4500 об/хв. Це залежить від конструкції впускного колектора і фаз газорозподілу, коли ефективне наповнення циліндрів робочою сумішшю відбувається при певних оборотах.
Найбільш просте рішення для збільшення крутного моменту, а отже і тяги, це застосування турбо або механічного наддуву, або застосування їх у комплексі. Тоді крутний момент можна вже використовувати з 800-1000 об/хв, тобто практично відразу при натискання на педаль акселератора. До того ж це закриває таку проблему , як провали при наборі швидкості, так як величина крутного моменту стає практично однакова у всьому діапазоні оборотів двигуна. Досягається це різними шляхами: , збільшують кількість клапанів на циліндр, роблять керованими фази газорозподілу для оптимізації згоряння палива, підвищують ступінь стиснення, застосовують випускний колектор по формулі 1-4 -2-3 у турбінах застосовують крильчатки з змінним і регульованим кутом атаки лопаток і т. д.
08:39
8
RSS