Крутящий момент двигателя¶

Крутящий момент двигателя — это вращающая сила, которую коленчатый вал двигателя передаёт на трансмиссию и далее на колёса транспортного средства. Измеряется в ньютон-метрах (Н·м) и является одной из двух ключевых характеристик двигателя наряду с мощностью. Именно крутящий момент определяет способность автомобиля трогаться с места, разгоняться и преодолевать сопротивление подъёмов.

¶Физическая сущность

Крутящий момент описывает, с какой силой вал стремится вращаться. Он вычисляется как произведение приложенной силы на плечо рычага:

M = F × r

где M — момент (Н·м), F — сила (Н), r — плечо (м). В двигателе внутреннего сгорания сила возникает от давления газов на поршень, а плечо — это расстояние от оси коленвала до точки крепления шатуна. Увеличение хода поршня или диаметра цилиндра при прочих равных условиях увеличивает крутящий момент.

Связь крутящего момента с мощностью выражается формулой:

P = M × n / 9550

где P — мощность (кВт), M — момент (Н·м), n — частота вращения (об/мин). Мощность растёт вместе с оборотами даже тогда, когда момент начинает снижаться, поэтому пик мощности всегда расположен правее пика момента на характеристике двигателя.

¶Кривая крутящего момента

Зависимость крутящего момента от частоты вращения коленвала называется внешней скоростной характеристикой. У типичного бензинового двигателя момент нарастает с ростом оборотов, достигает максимума в среднем диапазоне (обычно 3500–5000 об/мин) и затем снижается. Причина спада — рост насосных потерь, ухудшение наполнения цилиндров и рост механических потерь.

Дизельные двигатели достигают пика момента на более низких оборотах (2000–3500 об/мин), поскольку высокая степень сжатия и энергоёмкость топлива компенсируют меньшую скорость сгорания. Это определяет «тяговитость» дизельных автомобилей на малых и средних оборотах.

Турбированные двигатели имеют более пологую кривую момента: наддув компенсирует падение наполнения на высоких оборотах, а на низких турбина ещё не раскрутилась, поэтому там момент ниже, чем у атмосферного мотора того же объёма. Прямое впрыск, изменяемые фазы газораспределения и система селективного каталитического восстановления также влияют на форму кривой.

¶Крутящий момент и мощность

Мощность и крутящий момент — разные величины, хотя и связанные. Мощность показывает, сколько работы двигатель совершает за единицу времени, а момент — с какой силой он это делает. Высокий момент при низких оборотах даёт быстрый отклик на педаль газа и хорошую динамику в городском режиме. Высокая мощность обеспечивает большую максимальную скорость и ускорение на длинных дистанциях.

Автомобиль с мощным, но «узким» по оборотам мотором будет требовать частых переключений передач, тогда как двигатель с широким плато момента — более удобен в повседневной езде. Производители стремятся расширить диапазон высокого момента за счёт турбонаддува, изменяемых фаз и систем впуска.

¶Факторы, влияющие на момент

На величину крутящего момента влияют:

• объём двигателя — чем больше цилиндры, тем больше заряд рабочей смеси и выше давление на поршень;
• степень сжатия — рост степени повышает эффективность сгорания;
• конструкция системы газораспределения — фазы, подъём клапанов, число клапанов;
• тип топливной системы — прямой впрыск позволяет точнее дозировать смесь;
• наддув — турбокомпрессор или механический компрессор нагнетает воздух, увеличивая массу заряда;
• охлаждение и система впуска — влияют на плотность воздуха и устойчивость при длительной нагрузке.

¶Измерение и характеристики

Крутящий момент измеряют на стенде, вращая коленвал с подключённым тормозным устройством. Стенд фиксирует зависимость момента от оборотов и строит характеристику. Для автомобилей в России и Европе максимальный заявленный момент указывается в технической документации и в свидетельстве о регистрации транспортного средства.

Средние значения для легковых автомобилей:

¶Применение в эксплуатации

Крутящий момент определяет динамику разгона в реальных условиях: при обгоне, подъёме, движении с прицепом, по грязи или снегу. Для внедорожников и грузовиков важен не столько пиковый момент, сколько его наличие на низких оборотах — это позволяет трогаться с места без перегазовки и буксования.

В электромобилях крутящий момент доступен с нулевых оборотов, поэтому электрокары разгоняются резче при равной мощности с ДВС. Это принципиальное отличие электродвигателя от двигателя внутреннего сгорания, у которого момент растёт только по мере раскрутки вала.

¶Крутящий момент в России

Российские автопроизводители — «АвтоВАЗ», «КАМАЗ», «ГАЗ» — традиционно делают упор на высокий крутящий момент на низких оборотах, что связано с условиями эксплуатации: плохие дороги, дальние расстояния, необходимость ездить с грузом. Дизельные двигатели «КАМАЗ-740» выдают до 1176 Н·м, что обеспечивает проходимость грузовиков на бездорожье и при полной загрузке.

Источники:

• Клёнкин Ю. М. «Конструкция и расчёт автомобилей»
• Вахламов В. К. «Конструкция автомобиля»
• ГОСТ Р 52937-2008 «Двигатели внутреннего сгорания. Термины и определения»
• Справочник «Конструкция автомобиля» под ред. Л. А. Волкова