Коленчатый вал двигателя внутреннего сгорания: устройство, назначение, принцип работы — полезные статьи на Автодромо

Коленчатый вал двигателя внутреннего сгорания: устройство, назначение, принцип работы

Коленчатый вал двигателя внутреннего сгорания: устройство, назначение, принцип работы - полезные статьи на Автодромо

Коленчатый вал (коленвал) двигателя – это одна из важных деталей КШМ, расположенная в цилиндровом блоке. Вал преобразует поступательные движения поршней во вращательный момент, который через трансмиссию передается на колеса автомобиля.

Устройство коленчатого вала

Сложная конструкция коленвала представлена в виде расположенных по одной оси колен – шатунных шеек, соединенных специальными щеками. При этом количество колен зависит от числа, формы и месторасположения цилиндров, а также тактности двигателя автомобиля. С помощью шатунов шейки соединяются с поршнями, совершающими поступательно-возвратные движения.

В зависимости от расположения коренных шеек коленвал может быть:

  • полноопорным – когда коренные шейки расположены по две стороны от шатунной шейки;
  • неполноопорным – когда коренные шейки расположены только по одну из сторон от шатунной шейки.

В большинстве современных автомобильных двигателей применяются полноопорные коленвалы.

Итак, основными элементами коленвала являются:

  • Коренная шейка – основная часть вала, которая размещается на коренных вкладышах (подшипниках), находящихся в картере.
  • Шатунная шейка – деталь, соединяющая коленвал с шатунами. При этом смазка шатунных механизмов осуществляется благодаря наличию специальных масляных каналов. Шатунные шейки в отличие от коренных шеек всегда смещены в стороны.
  • Щеки – детали, соединяющие два типа шеек – коренные и шатунные.
  • Противовесы – детали, которые предназначены для уравновешивания веса поршней и шатунов.
  • Фронтальная (передняя) часть или носок – часть механизма, оснащенная колесом с зубцами (шкивом) и шестерней, в некоторых случаях гасителем крутильных колебаний, который осуществляет контроль над мощностью привода ГРМ (газораспределительного механизма), а также других механизмов устройства.
  • Тыльная (задняя) часть или хвостовик – часть механизма, соединенная с маховиком при помощи маслоотражающего гребня и маслосгонной резьбы, осуществляет отбор мощности вала.

Коленчатый вал двигателя внутреннего сгорания: устройство, назначение, принцип работы - полезные статьи на Автодромо

Фронтальная и тыльная сторона коленчатого вала уплотняется защитными сальниками, которые препятствуют протеканию масла там, где выступающие части маховика выходят за пределы блока цилиндров.

Вращательные движения всего механизма коленвала обеспечивают подшипники скольжения – тонкие стальные вкладыши, с защитным слоем антифрикционного вещества. Для предотвращения осевого смещения вала, применяется упорный подшипник, установленный на коренной шейке (крайней или средней).

Коленвал двигателя изготавливается из износостойкой стали (легированной или углеродистой) или модифицированного чугуна, методом штамповки или литья.

Принцип действия коленчатого вала

Несмотря на сложность самого устройства, принцип работы коленвала достаточно прост.

В камерах сгорания происходит процесс сжигания поступившего туда топлива и выделения газов. Расширяясь, газы воздействуют на поршни, совершающие поступательные движения. Поршни передают механическую энергию шатунам, соединенным с ними втулкой или поршневым пальцем.

Шатун в свою очередь соединен с шейкой коленвала подшипником, вследствие чего каждое поступательное поршневое движение преобразуется во вращательное движение вала. После того как происходит разворот на 180˚, шатунная шейка движется уже в обратном направлении, обеспечивая возвратное движение поршня. Затем циклы повторяются.

Процесс смазки коленчатого вала

Смазка коленвала обеспечивается за счет шатунных и коренных шеек. Важно помнить, что смазка коленчатого вала всегда происходит под давлением. Каждая коренная шейка обеспечена индивидуальным подводом масла от общей смазочной системы. Поступившее масло попадает на шатунные шейки по специальным каналам, расположенным в коренных шейках.

Что такое крутящий момент двигателя и как его рассчитать?

Крутящий момент – качественный показатель, характеризующий силу вращения коленчатого вала автомобиля.

Коленчатый вал двигателя внутреннего сгорания: устройство, назначение, принцип работы - полезные статьи на Автодромо
Его измерение производится в ньютон-метрах (н*м). От показателя КМ зависят тяговые характеристики ДВС и динамика разгона транспортного средства.

Важно: ошибкой было бы называть крутящий момент вращающим, как это делают некоторые источники в Сети. Термин «крутящий» подразумевает внутреннюю силу, приводящую к вращению. Под словом «вращающий» подразумевается наружная сила. Так, крутящей является сила, приводящая в движение коленчатый вал. Вращающей – сила пальцев, в которых крутят карандаш.

Если простым языком отвечать на вопрос, что такое крутящий момент двигателя, то можно сказать, что КМ – сила, с которой агрегат крутит выходной вал. Например, при КМ, равном 130 Н*м и длине выходного вала 1 метр на его конец можно повесить груз весом 13 кг. При этом мотор должен провернуть вал.

Коленчатый вал двигателя внутреннего сгорания: устройство, назначение, принцип работы - полезные статьи на Автодромо

Непосредственное отношение к понятию КМ имеет показатель мощности. Мощность и крутящий момент неразрывно связаны, так как одно вытекает из другого. График КМ растет только совместно с графиком мощности.

Мощность определяется количеством работы, которую мотор способен выполнять за единицу времени. Измеряется в лошадиных силах или киловаттах. При этом первая единица измерения является неофициальной, но более популярной. Вторая – официальной, но используемой только в документах.

Показатель КМ двигателя автомобиля напрямую зависит от:

  • Силы давления газов на поршень;
  • Рабочего объема цилиндров;
  • Степени сжатия топливовоздушной смеси в цилиндрах.

Мощность двигателя определяется по формуле P=M*N, где P это мощность, М – крутящий момент, N – обороты двигателя. Соответственно, расчитать КМ можно по формуле M = P/N.

Коленчатый вал двигателя внутреннего сгорания: устройство, назначение, принцип работы - полезные статьи на Автодромо

При проведении подсчетов необходимо использовать официальные единицы измерения, зарегистрированные в СИ (Н*м, ватты, радианы в секунду). Реальное измерение крутящего момента производится на специальном стенде в лабораторных условиях.

Понятие крутящего момента двигателя

КМ можно представить как показатель силы вращения коленвала. Перед тем, как в нем разобраться, начнем с мощности и количества оборотов, а также разберем, почему все эти параметры взаимосвязаны. Первая характеристика подразумевает работу, которая производится за временную единицу. Под работой подразумевается преобразование энергии сгорания топлива в кинетическую. Вторая характеристика говорит о количестве оборотов вала в минуту. Ну, а крутящий момент можно назвать производной от этих характеристик величиной.

Коленчатый вал двигателя внутреннего сгорания: устройство, назначение, принцип работы - полезные статьи на Автодромо
Учитывая принятую систему измерения силы в ньютонах (Н), а длины в метрах (м), крутящий момент измеряется в «Нм», поскольку речь о силе, прикладываемой к поршню и длине плеча коленчатого вала. Чем больше эта величина, тем выше динамика авто, соответственно, тем быстрее оно развивает заявленное количество «лошадок».

Передача КМ к ведущим колесам

Появления КМ в результате сгорания топлива недостаточно для начала движения. Момент должен быть передан к ведущим колесам транспортного средства.

Передача выработанного крутящего момента осуществляется посредством трансмиссии – коробки передач, валов, ШРУСов, заднего редуктора, раздаточной коробки. Наличие тех или иных элементов трансмиссии зависит от типа привода автомобиля.

В процессе движения водитель имеет возможность изменять КМ, передаваемый от двигателя к колесам. Чтобы добиться этого, необходимо увеличивать или уменьшать количество оборотов силового агрегата. Подобные манипуляции без потерь в скорости движения совершаются с помощью коробки передач.

Важно: коробка переключения передач – устройство, предназначенное для изменения частоты вращения и КМ на двигателях, не обладающих достаточной приспособляемостью. Сегодня в автомобильной промышленности применяются механические, гидромеханические, электромеханические и автоматические КПП.

В процессе передачи крутящего момента его показатель может уменьшаться вследствие механических потерь. Передающееся усилие ослабевает по причине трения элементов мотора и трансмиссии друг об друга, сопротивления материалов, из которых изготовлены детали автомобиля и других факторов воздействия.

От чего зависит величина крутящего момента двигателя?

  • радиус кривошипа коленвала;
  • давление, создаваемое в цилиндре;
  • поршневая площадь;
  • объем.

По большей части, величина будет зависеть от объема ДВС: с его увеличением будет расти сила, которая воздействует на поршень. Конечно, немаловажную роль играет и радиус кривошипа, но учитывая конструктивные особенности современных двигателей, варьирование этой величины возможно только в небольших пределах. Также стоит сказать о зависимости от давления: чем оно больше, тем больше прикладываемая сила.

Нагрузка насосов и типы нагрузки электродвигателя

Выделяют следующие типы нагрузок:

Постоянная мощность

Термин «постоянная мощность» используется для определённых типов нагрузки, в которых требуется меньший вращающий момент при увеличении скорости вращения, и наоборот. Нагрузки при постоянной мощности обычно применяются в металлообработке, например, сверлении, прокатке и т.п.

Коленчатый вал двигателя внутреннего сгорания: устройство, назначение, принцип работы - полезные статьи на Автодромо

Постоянный вращающий момент

Как видно из названия — «постоянный вращающий момент» — подразумевается, что величина вращающего момента, необходимого для приведения в действие какого- либо механизма, постоянна, независимо от скорости вращения. Примером такого режима работы могут служить конвейеры.

Коленчатый вал двигателя внутреннего сгорания: устройство, назначение, принцип работы - полезные статьи на Автодромо

Переменный вращающий момент и мощность

«Переменный вращающий момент» — эта категория представляет для нас наибольший интерес. Этот момент имеет отношение к нагрузкам, для которых требуется низкий вращающий момент при низкой частоте вращения, а при увеличении скорости вращения требуется более высокий вращающий момент. Типичным примером являются центробежные насосы.

Вся остальная часть данного раздела будет посвящена исключительно переменному вращающему моменту и мощности.

Определив, что для центробежных насосов типичным является переменный вращающий момент, мы должны проанализировать и оценить некоторые характеристики центробежного насоса. Использование приводов с переменной частотой вращения обусловлено особыми законами физики. В данном случае это законы подобия, которые описывают соотношение между разностями давления и расходами.

Коленчатый вал двигателя внутреннего сгорания: устройство, назначение, принцип работы - полезные статьи на Автодромо

Во-первых, подача насоса прямо пропорциональна частоте вращения. Это означает, что если насос будет работать с частотой вращения на 25% больше, подача увеличится на 25%.

Во-вторых, напор насоса будет меняться пропорционально квадрату изменения скорости вращения. Если частота вращения увеличивается на 25%, напор возрастает на 56%.

В-третьих, что особенно интересно, мощность пропорциональна кубу изменения скорости вращения. Это означает, что если требуемая частота вращения уменьшается на 50%, это равняется 87,5%-ному уменьшению потребляемой мощности.

Итак, законы подобия объясняют, почему использование приводов с переменной частотой вращения более целесообразно в тех областях применения, где требуются переменные значения расхода и давления. Grundfos предлагает ряд электродвигателей со встроенным частотным преобразователем, который регулирует частоту вращения для достижения именно этой цели.

Так же как подача, давление и мощность, потребная величина вращающего момента зависит от скорости вращения.

Коленчатый вал двигателя внутреннего сгорания: устройство, назначение, принцип работы - полезные статьи на Автодромо

На рисунке показан центробежный насос в разрезе. Требования к вращающему моменту для такого типа нагрузки почти противоположны требованиям при «постоянной мощности». Для нагрузок при переменном вращающем моменте потребный вращающий момент при низкой частоте вращения — мал, а потребный вращающий момент при высокой частоте вращения — велик. В математическом выражении вращающий момент пропорционален квадрату скорости вращения, а мощность — кубу скорости вращения.

Коленчатый вал двигателя внутреннего сгорания: устройство, назначение, принцип работы - полезные статьи на Автодромо

Это можно проиллюстрировать на примере характеристики вращающий момент/частота вращения, которую мы использовали ранее, когда рассказывали о вращающем моменте электродвигателя:

Когда электродвигатель набирает скорость от нуля до номинальной скорости, вращающий момент может значительно меняться. Величина вращающего момента, необходимая при определённой нагрузке, также изменяется с частотой вращения. Чтобы электродвигатель подходил для определённой нагрузки, необходимо чтобы величина вращающего момента электродвигателя всегда превышала вращающий момент, необходимый для данной нагрузки.

Коленчатый вал двигателя внутреннего сгорания: устройство, назначение, принцип работы - полезные статьи на Автодромо

В примере, центробежный насос при номинальной нагрузке имеет вращающий момент, равный 70 Нм, что соответствует 22 кВт при номинальной частоте вращения 3000 мин-1. В данном случае насосу при пуске требуется 20% вращающего момента при номинальной нагрузке, т.е. приблизительно 14 Нм. После пуска вращающий момент немного падает, а затем, по мере того, как насос набирает скорость, увеличивается до величины полной нагрузки.

Очевидно, что нам необходим насос, который будет обеспечивать требуемые значения расход/напор (Q/H). Это значит, что нельзя допускать остановок электродвигателя, кроме того, электродвигатель должен постоянно ускоряться до тех пор, пока не достигнет номинальной скорости. Следовательно, необходимо, чтобы характеристика вращающего момента совпадала или превышала характеристику нагрузки на всём диапазоне от 0% до 100% скорости вращения. Любой «избыточный» момент, т.е. разница между кривой нагрузки и кривой электродвигателя, используется как ускорение вращения.

Формула расчета крутящего момента

Сначала посмотрим на формулу расчета мощности:

Р(мощность, кВт) = М(крутящий момент, Нм) х n (число оборотов в минуту) / 9550.

Расчет КМ выглядит следующим образом:

М(крутящий момент, Нм) = Р(мощность, кВт) x 9550 / n (число оборотов в минуту).

Дабы рассчитать нужные величины и не запутаться, достаточно воспользоваться конвертером, который доступен на многих автолюбительских сайтах.

Момент электродвигателя

Мощность [кВт или л.с.] связывает вращающий момент с частотой вращения, чтобы определить общий объём работы, который должен быть выполнен за определённый промежуток времени.

Рассмотрим взаимодействие между вращающим моментом, мощностью и частотой вращения, а также их связь с электрическим напряжением на примере электродвигателей Grundfos. Электродвигатели имеют одну и ту же номинальную мощность как при 50 Гц, так и при 60 Гц.

Коленчатый вал двигателя внутреннего сгорания: устройство, назначение, принцип работы - полезные статьи на Автодромо

Это влечёт за собой резкое снижение вращающего момента при 60 Гц: частота 60 Гц вызывает 20%-ное увеличение числа оборотов, что приводит к 20%-ному уменьшению вращающего момента. Большинство производителей предпочитают указывать мощность электродвигателя при 60 Гц, таким образом, при снижении частоты тока в сети до 50 Гц электродвигатели будут обеспечивать меньшую мощность на валу и вращающий момент. Электродвигатели обеспечивают одинаковую мощность при 50 и 60 Гц.

Графическое представление вращающего момента электродвигателя изображено на рисунке.

Коленчатый вал двигателя внутреннего сгорания: устройство, назначение, принцип работы - полезные статьи на Автодромо

Иллюстрация представляет типичную характеристику вращающий момент/частота вращения. Ниже приведены термины, используемые для характеристики вращающего момента электродвигателя переменного тока.

Пусковой момент (Мп): Механический вращающий момент, развиваемый электродвигателем на валу при пуске, т.е. когда через электродвигатель пропускается ток при полном напряжении, при этом вал застопорен.

Минимальный пусковой момент (Ммин): Этот термин используется для обозначения самой низкой точки на кривой вращающий момент/частота вращения электродвигателя, нагрузка которого увеличивается до полной скорости вращения. Для большинства электродвигателей Grundfos величина минимального пускового момента отдельно не указывается, так как самая низкая точка находится в точке заторможенного ротора. В результате для большинства электродвигателей Grundfos минимальный пусковой момент такой же, как пусковой момент.

Блокировочный момент (Мблок): Максимальный вращающий момент — момент, который создаёт электродвигатель переменного тока с номинальным напряжением, подаваемым при номинальной частоте, без резких скачков скорости вращения. Его называют предельным перегрузочным моментом или максимальным вращающим моментом.

Вращающий момент при полной нагрузке (Мп.н.): Вращающий момент, необходимый для создания номинальной мощности при полной нагрузке.

Коленчатый вал двигателя внутреннего сгорания: устройство, назначение, принцип работы - полезные статьи на Автодромо Коленчатый вал двигателя внутреннего сгорания: устройство, назначение, принцип работы - полезные статьи на Автодромо Коленчатый вал двигателя внутреннего сгорания: устройство, назначение, принцип работы - полезные статьи на Автодромо

Как измеряется крутящий момент?

Для этого достаточно взглянуть на техническую документацию своего авто. Но реальные измерения также доступны: необходимо использовать специальные датчики. Они позволят провести статические и динамические измерения.

Коленчатый вал двигателя внутреннего сгорания: устройство, назначение, принцип работы - полезные статьи на Автодромо
Измерение заключается в создании ситуации, где двигатель набирает максимальные обороты, затем тормозится: в процессе создается график, демонстрирующий максимальный момент мотора в момент нажатия на тормоз. Сначала показатель будет небольшим, затем будет наблюдаться рост, достижение пика и падение.

СТО должны оснащаться профессиональными тензометрами: все измерения обрабатывает специальное ПО, а результаты отображаются в виде графиков. Основная сложность в измерении КМ – достичь высокой точности показаний. Устаревшие контактные, светотехнические или индукционные тензометры не обеспечивали должной эффективности, поэтому в настоящий момент используются измерители в виде компактного передатчика, закрепляемого на вал: он передает данные на прибор-приемник, предоставляющий данные, не нуждающиеся в обработке.

ЧТО ТАКОЕ КРУТЯЩИЙ МОМЕНТ, МОЩНОСТЬ И ОБОРОТЫ ДВИГАТЕЛЯ. В ЧЕМ РАЗЛИЧИЯ И ЧТО ВАЖНЕЕ

Добрый день, сегодня мы узнаем, что называется крутящим моментом

,
мощностью
и
оборотами двигателя
автомобиля,
чем различаются
между собой
показатели
, а также,
какой параметр
считается наиболее
важным
. Кроме того, расскажем про то,
каким образом высчитывается показатель мощности
силовой установки, который отражается в
лошадиных силах
,
как определяется крутящий момент
за
единицу времени
и
чем характеризуются обороты двигателя
транспортного средства. В заключении поговорим о том,
для чего
автовладельцам необходимо
знать показатели мощности
,
крутящего момента
и
оборотов мотора
машины и
как влияют
данные
параметры
на
эффективность работы
силовой установки того или иного транспортного средства.

Коленчатый вал двигателя внутреннего сгорания: устройство, назначение, принцип работы - полезные статьи на Автодромо

Довольно многих автолюбителей, вот уже который год мучает насущный вопрос

, касающийся
отличий между
такими
показателями
, как
мощность
и
крутящий момент двигателя
автомобиля.
В чем же отличия
этих
показателей мотора
?
Что из них важнее
? Большинство из нас привыкли
выбирать
автомобиль
опираясь
только на
лошадиные силы
, а
крутящий момент
, как правило,
не учитывается
, но это
не всегда правильно
. Большое количество водителей порой даже не знают,
какое количество оборотов
в их машине
максимальное
. Заметим, что все
основные технические характеристики
силовой установки своей машины, к которым относятся
мощность
,
крутящий момент
и
обороты двигателя
просто необходимо
знать
, а также
понимать
что они означают. А
для чего это нужно
мы и поговорим в нашей статье.

Коленчатый вал двигателя внутреннего сгорания: устройство, назначение, принцип работы - полезные статьи на Автодромо

ЧТО ТАКОЕ ДВИГАТЕЛЬ DOHC. ОСОБЕННОСТИ И КОНСТРУКЦИЯ

Коленчатый вал двигателя внутреннего сгорания: устройство, назначение, принцип работы - полезные статьи на Автодромо

ЧТО ТАКОЕ СТЕПЕНЬ СЖАТИЯ И КОМПРЕССИЯ ДВИГАТЕЛЯ

Сегодня в сети Интернет можно найти большое множество различных понятий

и
описаний
таких
показателей
, как
крутящий момент
,
мощность
и
обороты двигателя
, но все они довольно сильно
запутаны
. В нашей статье мы постараемся
разобрать данные показатели
наиболее
доступным языком
и
использовать наглядныеформулы
, чтобы кроме
слов
у нас в понимании
отложились наглядные примеры
этих достаточно
важных параметров
любой силовой установки. Справочно заметим, что
мощность
и
крутящий момент
являются такими
показателями мотора
, которые друг без друга в принципе
существовать
просто
не могут
. Поэтому данные
показатели
, в какой то степени даже
дополняют
друг друга, так как одна
характеристика
напрямую
зависит
от второй.

.
Что такое мощность двигателя, как измеряется и для чего нужен показатель
Мощность

любой силовой установки
измеряется
в
лошадиных силах
или
киловаттах
(
Ватты/Вт
). Справочно заметим, что также в
Ваттах
мы
измеряем мощность
домашней
лампочки накаливания
, которая установлена в
светильнике
.
А куда же делись лошадиные силы
, могут многие автолюбители? А все довольно просто, исторически так сложилось, что первоначально
перевозимые грузы
, которые
переносили лошади
на определенное
расстояние
сопоставлялись с
единицей времени
. Затем было установлено, что
одна лошадь
способна
генерировать электрический ток
от
динамомашины
, причем
за 1 секунду
ею
выдавалось
около
735 Ватт
или
75 килограмм
на
1 метр высоты
за
секунду
времени. Таким образом, при
переводе Ватт
в
лошадиные силы
получается следующее, что
1 Киловатт
равняется
1000 Ваттам
, а
1000 Ватт
в свою очередь — это
1,36 лошадиной силы
. Поэтому
1 киловатт мощностимотора
всегда равен
1,36 лошадиной силы
.

Коленчатый вал двигателя внутреннего сгорания: устройство, назначение, принцип работы - полезные статьи на Автодромо

На сегодняшний день не все автопроизводители

указывают
мощность
силовых установок в
лошадиных силах
. К примеру
немецкие
автомобильные
производители
зачастую
указывают мощность
в
киловаттах
. Поэтому, когда мы видим в
технических характеристиках
автомобиля
мощность мотора
, прописанную в
киловаттах
, то чтобы получить привычные
лошадиные силы
, необходимо просто первую величину
поделить
на число
1,36
. В том случае, если нужно наоборот из
лошадиных сил
получить
киловатты
, то мы просто лошадки
умножаем
на число
1,36
.

Коленчатый вал двигателя внутреннего сгорания: устройство, назначение, принцип работы - полезные статьи на Автодромо
Очень важно учитывать тот момент, что мощность бензинового
или
дизельного двигателя
является
величиной не постоянной
. Так например, если в
характеристиках
нашего
мотора
указан
показатель
в
125 лошадиных сил
, а другая силовая установка обладает
115 лошадиными силами
, то по логике первая силовая установка должна
обогнать
по
скорости
вторую, за счет
большей мощности
, но это совсем не так. Потому что не всегда в
скорости
важна
мощность мотора
, необходимо еще
учитывать
такой
параметр
, как
крутящий момент двс
и
расстояние дистанции
.
Мощность
любого
двигателя меняется
в
зависимости
от
оборотов мотора
.
Номинальная величина мощности
, как правило, указывается при
определенных максимальных оборотах
силовой установки. Например многие
современные
машины получают свою
номинальную мощность
при
5000-6000 оборотов в минуту
. Таким образом, например
125 лошадиных сил
получаются при
5500 оборотов в минуту
, а при тех же
3000 оборотов в минуту
,
мощность
может быть уже почти
в 2 раза меньше
от
максимальной
.

Коленчатый вал двигателя внутреннего сгорания: устройство, назначение, принцип работы - полезные статьи на Автодромо

Вот поэтому, когда мы видим в документации

на свой автомобиль ту или иную
величину мощности двигателя
, то мы должны
понимать
, что этот
показатель
получен на
максимальных оборотах мотора
. Что касается
бензиновых
силовых установок, то на
1500-2000 оборотах
в
минуту
,
мощность снижается
в
несколько раз
. Поэтому, чтобы из
бензинового мотора
выжать, как можно больше
лошадей
, необходимо очень
активно работать педалью газа
и
селектором механической коробки передач
. Например, чтобы произвести
резкое ускорение
в процессе
обгона
, то перед этим действием, желательно
держать бензиновым двигателем
около
4500-5000 оборотов
в
минуту
. Вот поэтому довольно часто, чтобы
выжать
из
мотора максимальную мощность
, водителю приходится
понижать передачу
в
трансмиссии
. Справочно заметим, что ни один
двигатель
на планете
не может сразу
же
раскрутиться
до
необходимой величины
, на это требуется
определенный временной интервал
и вот здесь на
помощь
силовой установке приходит такой
показатель
, как
крутящий момент
.

.
Что такое крутящий момент двигателя, как измеряется и для чего нужен показатель
Теперь мы понимаем, что мощностью двигателя

является
вырабатываемая энергия
силовой установкой в процессе ее
функционирования
.
Какая
же
связь одного показателя
с
другим
? Что ни есть
прямая
, так как именно
вырабатываемая мотором энергияпреобразуется
в
крутящий момент
на
коленвале двигателя
автомобиля. Такая
энергия
у автомехаников называется
выходной
. Затем
энергия изменяется
в
трансмиссии
с помощью
необходимых передаточных чисел шестерен
и потом
передается
на
приводную ось
или
ведущий мост
с
колесами
транспортного средства.

Коленчатый вал двигателя внутреннего сгорания: устройство, назначение, принцип работы - полезные статьи на Автодромо
Таким образом, сам по себе крутящий момент
говоря простым языком, как бы
толкает
автомобиль в
механическом плане
, а
мощность измеряемая
в
киловаттах
или
лошадиных силах
именно
создает
такой
момент
. Дело в том, что
тронуться
с места и
поехать
сможет даже
самый маломощный мотор
, так как для этого много
мощности
совсем
не требуется
, благодаря
работающим передаточным числам
, которые
оптимально подобраны
в
коробке передач
того или иного транспортного средства.

Коленчатый вал двигателя внутреннего сгорания: устройство, назначение, принцип работы - полезные статьи на Автодромо
Однако тронутся

с
места
и
поехать
этого
недостаточно
, чтобы обладать
хорошей скоростью
во время
движения
. Мало кому захочется
ехать
со
скоростью
в
30-40 километров в час
, ведь хочется еще и
разгоняться
иногда. Вот для этого и требуется
крутящий момент
, которого будет
оптимально хватать
при всех
скоростных диапазонах
. Необходимый
крутящий момент
достигается с помощью
нужной мощности
силовой установки и
оптимальным подбором шестерен
в
коробке передач
и
приводе
, а также в
мостах
, при их
наличии
в автомобиле.

Коленчатый вал двигателя внутреннего сгорания: устройство, назначение, принцип работы - полезные статьи на Автодромо

Итак крутящим моментом

является
сила
, которая
умножена
на
плечо
ее
приложения
, которую может
выдать двигатель
автомобиля для
преодоления сопротивлений движению
в тот или иной
временной интервал
.
Крутящий момент
всегда
измеряется
в
ньютонах
, а
величина рычага
в
метрах
. В
аббревиатуре показатель крутящего момента
отражается в виде
произведения
«
HхM
» (
Ньютон на метр
), то есть это
сила
с которой
0.1 килограмма давит
на
конец рычага
(
поршень
)
мотора
с
длиной
в
1 метр
. Как мы знаем
функции рычага
в силовой установке всегда играет
кривошип коленвала
, через который осуществляется
крутящий момент
. Стоит также понимать, что
длина кривошипа
зачастую
не равняется 1 метру
, однако исконно принято
вычислять
данную
величину
исходя из таких
характеристик
.

Коленчатый вал двигателя внутреннего сгорания: устройство, назначение, принцип работы - полезные статьи на Автодромо

От крутящего момента

напрямую
зависит время достижения двигателем максимальной мощности
, а следовательно
период разгона
с
общей динамикой
во время
движения
и
набора скорости
.
Крутящий момент
, чем то похож на
величину
, которая
собирает
все
доступные двигателем лошадиные силы
в
единое целое
, а затем за счет их просто
раскручивает
силовую установку. Причем,
чем больше соберет лошадей
в
единое целое показатель
,
тем быстрее раскрутится двигатель
и
ускорится
транспортное средство.
3
.
Что такое обороты двигателя, как измеряется и для чего нужен показатель
Следующим, также не менее важным показателем

любого
бензинового
или
дизельного мотора
является
параметр оборотов
силовой установки. Дело в том, что
максимальный крутящий момент
способен
образовываться
при разных
оборотах двигателя
. Например, как мы говорили ранее, на
бензиновом моторе максимум
достигается на
5-6 тысячах оборотов
в
минуту
, а на
дизельном двигателе
уже на
3-3,5 тысячах оборотов
в
минуту
. Чтобы тому или иному
типу
силовой установки
выйти
на
нужную величину оборотов
, необходимо
затратить определенный промежуток времени
.

Коленчатый вал двигателя внутреннего сгорания: устройство, назначение, принцип работы - полезные статьи на Автодромо
По мнению специалистов
по обслуживанию и ремонту автомобилей, считается намного
лучше
для машины, если силовая установка
развивает максимальный крутящий момент
, как можно
раньше
, например на
1750-2000 оборотов
в
минуту
. Дело в том, что если
двигатель развивает крутящий момент
, как говорится на «
низах
«, то
времени
на его
раскрутку
понадобиться намного
меньше
, следовательно транспортное средство намного
быстрее сможет набрать нужную скорость
.

Коленчатый вал двигателя внутреннего сгорания: устройство, назначение, принцип работы - полезные статьи на Автодромо

Таким образом, отвечая на наш вопрос

, который мы задали в начале нашей статьи: «
Какой показатель двигателя самый важный
?», отметим то, что все
величины
стоят на
одной ступени
, как
мощность
с
крутящим моментом
, так и
обороты мотора
.
Почему важны все показатели
? Потому что, благодаря тем же
оборотам
достигается определенная
величина крутящего момента
и
чем
они
ниже
,
тем лучше
для машины, так как
двигатель
сможет
раньше выдать максимальную мощность
.
4
.
Какой показатель силовой установки важнее и лучше
Как мы сказали ранее, однозначно выделить самый важный показатель

силовой установки из вышеописанных просто
не представляется возможным
, так как все они напрямую
зависят
и
дополняют
друг от друга. Например
крутящий момент
позволяет нам
быстрее развить максимальную мощность
на той или иной
величине оборотов мотора
. Если рассматривать
дизельную
силовую установку, то она просто
не сможет крутиться на максимальных оборотах бензинового мотора
, поэтому ее
максимальная мощность
на
пике
будет
ниже
.

Коленчатый вал двигателя внутреннего сгорания: устройство, назначение, принцип работы - полезные статьи на Автодромо

Вот поэтому зачастую дизельные двигателя

устанавливаются на
коммерческий транспорт
, так как им
не нужна высокая скорость
, но очень важна
тяга
, причем на
низких оборотах
. Или другая ситуация, для любителей
резких стартов
с
места
идеально подойдут
моторы
с
турбонагнетателями
, которые способны
раскручиваться до 9000 оборотов
в
минуту
и
выстреливать пулей
с места.

Коленчатый вал двигателя внутреннего сгорания: устройство, назначение, принцип работы - полезные статьи на Автодромо
Хотя, что касается того, какие двигатели лучше бензиновые
или
дизельные
, то это довольно
субъективный выбор
. Справочно заметим, что на сегодняшний день
технологии
в
двигателестроении
достигли таких высот, что
бензиновые моторы
по некоторым
показателям
стали очень похожи на
дизельные
. Таким примером могут быть
инновационные моторы
от компании
Mazda
поколения
SkyActiv
, которые сейчас
устанавливаются
на большинство
моделей
автопроизводителя.
Чем же похож SkyActiv
на
дизельный мотор
? А похож он
увеличенной степенью сжатия
, которая значительно
приближена
к
дизельному агрегату
, однако при этом он все равно
бензиновый
с
высокими оборотами
.

Коленчатый вал двигателя внутреннего сгорания: устройство, назначение, принцип работы - полезные статьи на Автодромо

Таким образом, новые бензиновые моторы

кроме
схожей степени сжатия
с
дизельными
силовыми установками уже
имеют
и почти одинаковый
крутящий момент
. По
мнению
большинства
специалистов
,
будущее
в
двигателестроении
именно за такими
инновационными моторами
, как
SkyActiv
. Справочно заметим, что мы
не берем
в
расчет
по всем вышеописанным
показателям гибридные
, а также силовые установки
электромобилей
, так как их
величины
порой
превосходят показатели бензиновых
и
дизельных
агрегатов, причем
вместе взятые
.

Видео обзор: «Что такое крутящий момент, обороты и мощность двигателя?»

Подводя итог вышесказанному хочется напомнить, что мощность двигателя определяет максимальную скорость автомобиля, а крутящий момент в свою очередь отвечает за то, как быстро силовая установка сможет достигнуть эту мощность. Поэтому, если в нашем автомобиле высокий крутящий момент, то не стоит думать, что он будет быстрее другой машины, в котором он ниже, так как мотор может проигрывать в частоте вращения. Таким образом, крутящий момент, как бы толкает транспортное средство вперед, а мощность данный момент создает. Поэтому стоит покупать лошадиные силы, а передвигаться на крутящем моменте.

БОЛЬШОЕ СПАСИБО ЗА ВНИМАНИЕ. ОСТАВЛЯЙТЕ СВОИ КОММЕНТАРИИ, ДЕЛИТЕСЬ С ДРУЗЬЯМИ. ЖДЕМ ВАШИХ ОТЗЫВОВ И ПРЕДЛОЖЕНИЙ.

Мощность или крутящий момент – что важнее?

Для решения этой дилеммы необходимо понять несколько фактов:

  • мощность имеет линейную зависимость от частоты оборотов коленвала: быстрее вращение – больше показатель;
  • мощность – производная КМ;
  • до определенного значения рост КМ зависим от числа оборотов: быстрее вращение – выше КМ. Но преодолев пиковое значение, он снижается.

Отсюда можно прийти к выводу, что крутящий момент – приоритетный параметр, характеризующий возможности мотора. В то же время, нельзя пренебрегать мощностью: это значит, что производители автомобилей должны настроить работу агрегата таким образом, чтобы соблюдался баланс этих величин.

Некоторые выводы

  • При оценке эксплуатационных параметров автомобиля и непосредственно рабочих характеристик его двигателя, величина крутящего момента обладает большим приоритетом, чем мощность.
  • Среди силовых агрегатов, имеющих схожие конструктивные и рабочие параметры, предпочтительнее выглядят те, у которых крутящий момент больше.
  • Для обеспечения наилучшей динамики разгона автомобиля и обеспечения оптимальных тяговых свойств двигателя, частоту вращения коленчатого вала нужно поддерживать в том диапазоне значений, при которых крутящий момент достигает своих пиковых показателей.

Как можно увеличить крутящий момент двигателя?

  1. Смена коленчатого вала. К недостатка метода можно отнести тот факт, что это редкая для многих марок авто деталь: часто ее делают на заказ. Кроме того, это снизит долговечность двигателя.
  2. Расточка цилиндров. Более популярный метод, основанный на увеличении объема цилиндра. Метод доступен в большинстве автосервисных мастерских.
  3. Настройка карбюратора. Зачастую используется в дополнение к расточке.
  4. Увеличение турбонаддува. Доступно в моделях с турбированным двигателем. Тем не менее, снимая ограничения в блоке, который отвечает за управление компрессором – достаточно опасный способ, снижающий запас нагрузок в моторе. Тем, кто на него решается, также приходится прибегать к увеличению камеры сгорания, улучшению охлаждения, регулировке впускного клапана и смене распредвала, коленвала и поршней.
  5. Изменение газодинамики. Еще один метод, который по плечу только профессионалам. К тому же, убирая ограничения можно столкнуться не только с выросшей динамикой, а и с ухудшением сцепления.
  6. Использование масляного фильтра. Простой способ, снижающий засорение двигателя и продлевающий срок эксплуатации его запчастей.

Коленчатый вал двигателя внутреннего сгорания: устройство, назначение, принцип работы - полезные статьи на Автодромо
Как видно, мотор – это сложный агрегат. Он уже рассчитан с использованием сложных инженерных формул и технологий, а значит, увеличение характеристики крутящего момента нежелательно. Если желание все же есть, стоит обратить внимание на два первых пункта. Можно, конечно, попытаться устранить заводские дефекты: убрать в камерах сгорания непродуваемые зоны и убрать в стыках заостренные углы, а также, неровности на клапанах. Но придется доверить эти операции специалистам своего дела.

Отдельно стоит сказать о так называемых усилителях КМ: их принцип основан на отборе мощности уменьшением оборотов, что не лучшим способом сказывается на долговечности конструкции. Подобные решения не увеличивают КМ, а позволяют его плавно менять на постоянных оборотах.

Почему высокомощные автомобили участвуют в гонках?

Коленчатый вал двигателя внутреннего сгорания: устройство, назначение, принцип работы - полезные статьи на Автодромо

Поскольку автомобили, с высокими показателями лошадиных сил оснащены мощной системой передач, то они обладают соответственно способностью достигать более высоких оборотов двигателя за более короткий промежуток времени, так как в моторизованных соревнованиях непременно должны участвовать автомобили, которые обладают достаточно высоким диапазоном мощности.

Автомобильный рынок России: результаты 2019 года и перспективы развития

Однако известны случаи, когда дизельные автомобили становятся более успешными в определенных видах гоночных соревнований, например таких, как «24 Часа Ле-Ман», где автомобиль марки Audi неоднократно выигрывал большие призы в споре с его TDI гоночными болидами. Последнюю победу команде «Ауди» принесла повышенная топливная эффективность машины, что позволило потратить меньше топлива и меньшее число раз заезжать на дозаправки.

Отвечая на риторический вопрос поставленный в начале нашей статьи «о выборе автомобиля» скажем следующее: -Везде и во всем нужна мера. Важно заранее осознавать, для каких целей вам понадобится автомобиль, где и на каких скоростях вы будете его эксплуатировать. Дизельный двигатель или бензиновый мотор с более высоким крутящим моментом (наступающем при более низких оборотах двигателя) и низкой мощностью может быть гораздо динамичнее другого аналогичного по параметрам автомобиля на скоростях до 100 — 140 км/ч.

Ну а если этот мотор обладает еще и высокой мощностью с не самым высоким моментом, то проиграв в разгоне он непременно наверстает упущенное за счет более высокой максимальной скорости.

Какому двигателю отдать предпочтение?

В настоящий момент к привычным ДВС на дизельном топливе или бензине добавились еще и электродвигатели. Во всех этих конструкциях крутящий момент двигателя может кардинально отличаться.

 

 

Бензиновый двигатель

Действие основано на впрыске и формировании воздушно-топливной смеси с последующим возгоранием от искры свечей зажигания. Процесс происходит при температуре в 500 градусов, а коэффициент сжатия находится в районе 10 единиц.

Дизельный двигатель

Здесь коэффициент сжатия достигает уже 25 единиц, а температура составляет 900 градусов. При таких условиях смесь воспламеняется без необходимости в использовании свечей.

Электродвигатель

Пожалуй, самый простой и прогрессивный вариант, который лучше вообще исключить из списка. Дело в том, что трехфазный асинхронный двигатель работает по другому принципу, кардинально отличающемуся от традиционных ДВС. Здесь пикового КМ в 600 Нм можно достичь на любой скорости. Если же говорить о «лошадях», у Теслы их количество составит 416.

Коленчатый вал двигателя внутреннего сгорания: устройство, назначение, принцип работы - полезные статьи на Автодромо
Но пока электрокары не получили повсеместного распространения. И если этот вариант по каким-либо причинам недоступен, рассмотрим особенности бензиновых и дизельных агрегатов. При одинаковых объемах первый способен давать высокую скорость, второй – быстрый разгон.

Мощность

Коленчатый вал двигателя внутреннего сгорания: устройство, назначение, принцип работы - полезные статьи на Автодромо

Прежде всего друзья давайте изначально вернемся к самому человеку, который научил всех нас измерять мощность. Его звали -Джеймс Уатт. Он был шотландским инженером чье имя стало обозначать стандартизированное название единицы измерения мощности. Ватты, как мы уже знаем используются для измерения конкретной мощности, ок ! Казалось бы, хватит дальше придумывать различную терминологию но, на этом как известно светлые умы человечества не остановились, в обиход ими были приняты еще и лошадиные силы. Зачем? К чему это? А вот к чему. Человеку нужен был реальный эквивалент показателя силы. В те временя им стала обычная лошадь. С тех пор так и повелось, одна метрическая лошадиная сила стала равна 735,5 Вт.

Что такое лошадиная сила? Она описывается так, как способность поднимать 75 кг на один метр за одну секунду. Мощность (в лошадиных силах) обозначает следующее, насколько быстро производится работа.

Вычисляем энергию и работу при вращательном движении

При изучении поступательного движения в главе 8 мы познакомились с понятием работа. Она равна произведению силы на перемещение под действием этой силы. Можно ли выразить работу при вращательном движении на основе его характеристик? Конечно можно, и для этого потребуется преобразовать силу в момент силы, а перемещение — в угол. В этом разделе демонстрируется такое преобразование, а также связь работы с изменением энергии.

Работа при вращательном движении

Допустим, что инженеру в области автомобилестроения необходимо рассчитать параметры революционно новой шины колеса. Для начала он решил оценить работу, которую необходимо выполнить для ускоренного раскручивания этой шины. Как связать работу при поступательном движении и работу при вращательном движении? Инженер предложил простую, как все гениальное, идею: “связать” шину веревкой. Точнее говоря, он предложил намотать веревку на шину, потянуть за веревку с помощью внешней силы и раскрутить шину. Так, приравнивая работу внешней силы при поступательном движении веревки и работу ускорения вращательного движения шины, можно, образно говоря, “связать” их веревкой.

Пусть шина имеет радиус ​( r )​ и для ее вращения используется сила ​( F )​, как показано на рис. 11.3.

Коленчатый вал двигателя внутреннего сгорания: устройство, назначение, принцип работы - полезные статьи на Автодромо

Чему равна работа этой силы? Применим знакомую нам формулу:

где ​( s )​ — это перемещение веревки под действием этой силы. В данном примере перемещение ​( s )​ равно произведению радиуса ​( r )​ на угол поворота шины ​( theta )​:

Подставляя это выражение в формулу работы, получим:

Поскольку момент ​( M )​, создаваемой этой силой, равен:

то получаем для работы:

Таким образом, работа при вращательном движении равна произведению момента силы и угла поворота. Она измеряется в тех же единицах, что и работа при поступательном движении, т.е. в джоулях.

Учтите, что для описания вращательного движения в этих формулах работы угол нужно указывать в радианах.

Вот еще один пример. Пусть пропеллер самолета совершает 100 поворотов с постоянным моментом силы 600 Н·м. Какую работу выполняет двигатель самолета? Для ответа на этот вопрос начнем с уже известной нам формулы:

Полный оборот соответствует повороту на угол ​( 2pi )​. Подставляя значения в формулу, получим:

Что происходит с выполненной таким образом работой? Она преобразуется в кинетическую энергию вращательного движения.

Изучаем кинетическую энергию вращательного движения

Из главы 8 нам уже известно, что объект массы ​( m )​, движущийся поступательно со скоростью ​( v )​, обладает кинетической энергией:

А как получить формулу кинетической энергии для вращающегося объекта? Нужно применить данную формулу для всех его частичек.

При описании вращательного движения аналогом массы является момент инерции, а аналогом скорости — угловая скорость.

Как известно (см. главу 10), тангенциальная скорость ​( v )​ и угловая скорость ​( omega )​ связаны соотношением:

где ​( r )​ — это радиус окружности вращения.

Подставляя это соотношение в предыдущую формулу, получим:

Однако эта формула справедлива только для бесконечно малой материальной точки. Чтобы определить кинетическую энергию протяженного объекта, нужно просуммировать кинетические энергии всех его мельчайших материальных точек, т.е. вычислить сумму:

Как можно было бы упростить эту формулу? Предположим, что все составляющие частички протяженного объекта вращаются с одинаковой угловой скоростью. Тогда угловую скорость можно вынести за знак суммирования и получим:

Здесь начинается самое интересное. Ранее в этой главе уже приводилась формула момента инерции:

Теперь совсем нетрудно сделать подстановку в предыдущей формуле кинетической энергии:

Итак, кинетическая энергия вращательного движения вычисляется аналогично кинетической энергии поступательного движения, если вместо массы использовать момент инерции, а вместо тангенциальной скорости — угловую скорость. Примеры кинетической энергии вращательного движения окружают повсюду. Спутник на космической орбите и бочка пива, которую скатывают по наклонной плоскости, обладают определенной кинетической энергией вращательного движения. Особенности вращательного движения бочки пива более подробно описываются в следующем разделе.

Измеряем кинетическую энергию бочки, катящейся по наклонной плоскости

Итак, нам уже известно, что объекты могут двигаться поступательно и вращательно, причем двигаться так, что без знания строгих законов физики порой трудно понять их поведение. Да ну? Действительно, если бочка скользит вниз по наклонной плоскости, то ее потенциальная энергия превращается в кинетическую энергию поступательного движения (см. главу 8). А если бочка скатывается вниз по наклонной плоскости, то ее потенциальная энергия превращается не только в кинетическую энергию поступательного движения, но и в кинетическую энергию вращательного движения.

На рис. 11.4 показан случай, когда с наклонной плоскости высотой ​( h )​ скатываются сплошной и полый цилиндры с одинаковой массой ​( m )​. Какой цилиндр достигнет нижнего конца наклонной плоскости?

Коленчатый вал двигателя внутреннего сгорания: устройство, назначение, принцип работы - полезные статьи на Автодромо

Иначе говоря: какой цилиндр будет обладать большей скоростью в конце наклонной плоскости? Поскольку действующие на цилиндры силы постоянны, то постоянны и их ускорения, а значит, большая скорость в конце пути означает меньшее время его прохождения. В случае только поступательного движения цилиндра и при отсутствии трения уменьшение потенциальной энергии ​( mgh )​ преобразуется в увеличение кинетической энергии только поступательного движения ​( <>^1!/!_2mv^2 )​, т.е.:

Однако в данном примере эта формула не годится, потому что цилиндры скатываются без проскальзывания. Это значит, что часть уменьшения потенциальной энергии будет преобразовываться в увеличение кинетической энергии поступательного движения ( <>^1!/!_2mv^2 ), а часть — в кинетическую энергию вращательного движения ( <>^1!/!_2Iomega ^2 ). Тогда предыдущее равенство принимает следующий вид:

Сделаем подстановку ​( omega=v/r )​ и получим:

Путем несложных алгебраических преобразований получим:

откуда легко получить выражение для скорости цилиндра:

Для обоих цилиндров все параметры одинаковы, кроме момента инерции ​( I )​. Как это повлияет на скорость цилиндров? Согласно данным из табл. 11.1, полый цилиндр имеет момент инерции ​( mr^2 )​, а сплошной — ​( <>^1!/!_2mr^2 )​.

Итак, для полого цилиндра получим:

а для сплошного цилиндра:

А их отношение равно:

Как видите, скорость сплошного цилиндра в 1,15 раза больше скорости полого цилиндра, а значит, сплошной цилиндр быстрее достигнет конца наклонной плоскости.

Как на пальцах объяснить полученный результат? Все очень просто. В полом цилиндре вся масса сосредоточена на расстоянии радиуса цилиндра, а в сплошном цилиндре значительная часть масса распределена ближе радиуса. Это значит, что при одинаковой угловой скорости в полом цилиндре больше материала будет обладать большей тангенциальной скоростью, а для этого потребуется потратить больше энергии.

Введение

Представьте, что вы футболист и перед вами футбольный мяч. Чтобы он полетел, его нужно ударить. Всё просто: чем сильнее ударите, тем быстрее и дальше полетит, и бить будете, скорее всего, в центр мяча (см. рис. 1).
Рис. 1. Прямая траектория полета мяча (Источник)

А чтобы мяч в полете вращался и летел по искривленной траектории, вы ударите не в центр мяча, а сбоку, что и делают футболисты, чтобы обмануть соперника (см. рис. 2).

Рис. 2. Кривая траектория полета мяча

Здесь уже важно, в какую точку бить.

Еще один простой вопрос: в каком месте нужно взять палку, чтобы она при подъеме не перевернулась? Если палка равномерная по толщине и плотности, то возьмем мы её посередине. А если она с одного края массивнее? Тогда мы возьмем её ближе к массивному краю, иначе он перевесит (см. рис. 3).

Рис. 3. Точка подъема

Представьте: папа сел на качели-балансир (см. рис. 4).

Рис. 4. Качели-балансир

Чтобы его перевесить, вы сядете на качели поближе к противоположному концу.

Во всех приведённых примерах нам важно было не просто подействовать на тело с некоторой силой, но и важно, в каком месте, на какую именно точку тела действовать. Эту точку мы выбирали наугад, пользуясь жизненным опытом. А если на палке будет три разных груза? А если поднимать ее вдвоем? А если речь идёт о подъемном кране или вантовом мосте (см. рис. 5)?

Рис. 5. Примеры из жизни

Для решения таких задач интуиции и опыта недостаточно. Без четкой теории их решить уже нельзя. О решении таких задач сегодня и пойдёт речь.

Профессиональный расчет и заказ мотор-редуктора

Коленчатый вал двигателя внутреннего сгорания: устройство, назначение, принцип работы - полезные статьи на Автодромо

Если вы хотите получить качественную помощь в выборе изделий, наши специалисты помогут вам рассчитать крутящий момент редуктора (мотор-редуктора) на выходном валу и подобрать наиболее подходящую модель под конкретные условия его эксплуатации. ООО ПТЦ «Привод» занимается производством данных механизмов и поставляет свою продукцию по всей России, в страны ближнего зарубежья (СНГ).

Получить квалифицированную консультацию можно по телефону 8–800–2000–200 или онлайн, написав нам по адресу Этот адрес электронной почты защищён от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра. . Здесь же опытные менеджеры, которые владеют всей актуальной информацией по каталогу предлагаемых червячных редукторов и цилиндрических, мотор-редукторов предоставят полную информацию о действующих ценах. Для удобства клиентов у нас на сайте есть функция обратной связи – просто заполните короткую форму, и мы сами вам позвоним.

Электрическая константа времени

Представляет собой время, необходимое для достижения уровня тока до 63 % после подачи напряжения на обмотки привода. Параметр обусловлен переходными процессами электромеханических характеристик, так как они быстротечны ввиду большого активного сопротивления. Общая формула расчета постоянной времени:

Однако электромеханическая константа времени tm всегда больше электромагнитной te. Первый параметр получается из уравнения динамических характеристики двигателя при сохранении условии, когда ротор разгоняется с нулевой скоростью до максимальных оборотов холостого хода. В этом случае уравнение принимает вид

M = Mст + J × (d(omega) ÷ dt), где

Отсюда получаем формулу:

M = J × (d(omega) ÷ dt).

По факту электромеханическую константу времени рассчитывают по пусковому момент — Mп. Механизм, работающий в идеальных условиях, с прямолинейными характеристиками будем иметь формулу:

M = Mп × (1 — omega ÷ omega0), где

omega0 — скорость на холостом ходу.

Такие расчеты используют в формуле мощности электродвигателя насоса, когда ход поршня напрямую зависит от оборотистости вала.

Конструкция электрического двигателя

Привод включает в себя:

  • Ротор.
  • Статор.
  • Подшипники.
  • Воздушный зазор.
  • Обмотку.
  • Коммутатор.

Ротор — единственная подвижная деталь привода, которая вращается вокруг своей оси. Ток, проходя через проводники, образует индукционное возмущение в обмотке. Формируемое магнитное поле взаимодействует с постоянными магнитами статора, что приводит в движение вал. Их рассчитывают по формуле мощности электродвигателя по току, для которой берется КПД и коэффициент мощности, в том числе все динамические характеристики вала.

Коленчатый вал двигателя внутреннего сгорания: устройство, назначение, принцип работы - полезные статьи на Автодромо

Подшипники расположены на валу ротора и способствуют его вращению вокруг своей оси. Внешней частью они крепятся к корпусу двигателя. Вал проходит через них и выходит наружу. Поскольку нагрузка выходит за пределы рабочей зоны подшипников, ее называют нависающей.

Статор является неподвижным элементом электромагнитной цепи двигателя. Может включать в себя обмотку или постоянные магниты. Сердечник статора выполнен из тонких металлических пластин, которые называют пакетом якоря. Он призван снижать потери энергии, что часто происходит с твердыми стержнями.

Коленчатый вал двигателя внутреннего сгорания: устройство, назначение, принцип работы - полезные статьи на Автодромо

Воздушный зазор — расстояние между ротором и статором. Эффективным является небольшой промежуток, так как он влияет на низкий коэффициент работы электродвигателя. Ток намагничивания растет с увеличением размера зазора. Поэтому его всегда стараются делать минимальным, но до разумных пределов. Слишком маленькое расстояние приводит к трению и ослаблению фиксирующих элементов.

Обмотка состоит из медной проволоки, собранной в одну катушку. Обычно укладывается вокруг мягкого намагниченного сердечника, состоящего из нескольких слоев металла. Возмущение индукционного поля происходит в момент прохождения тока через провода обмотки. В этот момент установка переходит в режим конфигурации с явными и неявными полюсами. В первом случае магнитное поле установки создает обмотка вокруг полюсного наконечника. Во втором случае, в распределенном поле рассредотачивается слотов полюсного наконечника ротора. Двигатель с экранированными полюсами имеет обмотку, которое сдерживает магнитное возмущение.

Коммутатор используют для переключения входного напряжения. Состоит из контактных колец, расположенных на валу и изолированных друг от друга. Ток якоря подается на щетки контактов ротационного коммутатора, который приводит к изменению полярности и заставляет вращаться ротор от полюса к полюсу. При отсутствии напряжения мотор прекращает крутиться. Современные установки оборудованы дополнительными электронным средствами, которые контролируют процесс вращения.

Коленчатый вал двигателя внутреннего сгорания: устройство, назначение, принцип работы - полезные статьи на Автодромо

Расчетное напряжение

Его еще называют номинальным. Оно представляет собой базовое напряжение, представленное стандартным набором вольтажа, которые определяется степенью изоляции электрического оборудования и сети. В действительности оно может отличаться в разных точках оборудования, но не должно превышать предельно допустимых норм рабочих режим, рассчитанных на продолжительное функционирование механизмов.

Для обычных установок под номинальным напряжением понимают расчетные величины, для которых они предусмотрены разработчиком в нормальном режиме работы. Перечень стандартного вольтажа сети предусмотрен в ГОСТ. Эти параметры всегда описаны в технических характеристиках механизмов. Для расчета производительности используют формулу мощности электродвигателя по току:

Время пуска электрдвигателя

Если нам необходимо подобрать типоразмер электродвигателя для определённой нагрузки, например для центробежных насосов, основная наша задача состоит в том, чтобы обеспечить соответствующий вращающий момент и мощность в номинальной рабочей точке, потому что пусковой момент для центробежных насосов довольно низкий. Время пуска достаточно ограниченно, так как вращающий момент довольно высокий.

Коленчатый вал двигателя внутреннего сгорания: устройство, назначение, принцип работы - полезные статьи на Автодромо

Нередко для сложных систем защиты и контроля электродвигателей требуется некоторое время для их пуска, чтобы они могли замерить пусковой ток электродвигателя. Время пуска электродвигателя и насоса рассчитывается с помощью следующей формулы:

tпуск = время, необходимое электродвигателю насоса, чтобы достичь частоты вращения при полной нагрузке

n = частота вращения электродвигателя при полной нагрузке

Iобщ = инерция, которая требует ускорения, т.е. инерция вала электродвигателя, ротора, вала насоса и рабочих колёс.

Момент инерции для насосов и электродвигателей можно найти в соответствующих технических данных.

Коленчатый вал двигателя внутреннего сгорания: устройство, назначение, принцип работы - полезные статьи на Автодромо

Мизб = избыточный момент, ускоряющий вращение. Избыточный момент равен вращающему моменту электродвигателя минус вращающий момент насоса при различных частотах вращения.

Мизб можно рассчитать по следующим формулам:

Коленчатый вал двигателя внутреннего сгорания: устройство, назначение, принцип работы - полезные статьи на Автодромо

Как видно из приведённых вычислений, выполненных для данного примера с электродвигателем мощностью 4 кВт насоса CR, время пуска составляет 0,11 секунды.

Плечо силы

Неправильно будет сказать, что вращательное движение определяется только силой. Ведь на качелях одна и та же сила может вызвать их вращение, а может и не вызвать, смотря где мы сядем. Дело не только в силе, но и в расположении точки, на которую воздействуем. Все знают, насколько трудно поднять и удержать груз на вытянутой руке. Чтобы определять точку приложения силы, вводится понятие плеча силы (по аналогии с плечом руки, которой поднимают груз).

Плечо силы – это минимальное расстояние от заданной точки до прямой, вдоль которой действует сила.

Из геометрии вы наверняка уже знаете, что это перпендикуляр, опущенный из точки О на прямую, вдоль которой действует сила (см. рис. 12).

Коленчатый вал двигателя внутреннего сгорания: устройство, назначение, принцип работы - полезные статьи на Автодромо

Рис. 12. Графическое изображение плеча силы

Почему плечо силы – минимальное расстояние от точки О до прямой, вдоль которой действует сила

Может показаться странным, что плечо силы измеряется от точки О не до точки приложения силы, а до прямой, вдоль которой эта сила действует.

Проделаем такой опыт: привяжем к рычагу нить. Подействуем на рычаг с некоторой силой в точке, где привязана нить (см. рис. 13).

Рис. 13. Нить привязана к рычагу

Если создастся момент силы, достаточный для поворота рычага, он повернется. Нить покажет прямую, вдоль которой направлена сила (см. рис. 14).

Рис. 14. Направление силы

Попробуем потащить рычаг с той же силой, но теперь взявшись за нить. В воздействии на рычаг ничего не изменится, хотя точка приложения силы поменяется. Но сила будет действовать вдоль той же прямой, ее расстояние до оси вращения, то есть плечо силы, останется тем же. Попробуем подействовать на рычаг под углом (см. рис. 15).

Коленчатый вал двигателя внутреннего сгорания: устройство, назначение, принцип работы - полезные статьи на Автодромо

Рис. 15. Действие на рычаг под углом

Теперь сила приложена к той же точке, но действует вдоль другой прямой. Ее расстояние до оси вращения стало малό, момент силы уменьшился, и рычаг может уже не повернуться.

Процесс вращения

Прежде чем рассматривать концепцию вращающего момента, дадим характеристику систем, к которым может быть применена эта концепция. Система вращения предполагает наличие в ней оси, вокруг которой осуществляется круговое движение или поворот. Расстояние от этой оси до материальных точек системы называется радиусом вращения.

С точки зрения кинематики, процесс характеризуется тремя угловыми величинами:

  • углом поворота θ (измеряется в радианах);
  • угловой скоростью ω (измеряется в радианах в секунду);
  • ускорением угловым α (измеряется в радианах в секунду квадратную).

Эти величины связаны друг с другом следующими равенствами:

Примерами вращения в природе являются движения планет по своим орбитам и вокруг своих осей, движения смерчей. В быту и технике рассматриваемое движение характерно для моторов двигателей, гаечных ключей, строительных кранов, открывания дверей и так далее.

Направление действия величины M¯

Выше было показано, что вращающий момент — это векторная характеристика для данной системы. Куда направлен этот вектор? Ответить на этот вопрос не представляет особого труда, если вспомнить, что результатом произведения двух векторов является третий вектор, который лежит на оси, перпендикулярной плоскости расположения исходных векторов.

Остается решить, будет ли направлен момент силы вверх или вниз (на читателя или от него) относительно упомянутой плоскости. Определить это можно или по правилу буравчика, или с помощью правила правой руки. Приведем оба правила:

  • Правило правой руки. Если расположить правую кисть таким образом, чтобы четыре ее пальца двигались от начала вектора r¯ к его концу, а затем от начала вектора F¯ к его концу, то большой палец, оттопыренный, укажет на направление момента M¯.
  • Правило буравчика. Если направление вращения воображаемого буравчика совпадает с направлением вращательного движения системы, то поступательное движение буравчика укажет на направление вектора M¯. Напомним, что он вращается только по часовой стрелке.

Оба правила являются равноправными, поэтому каждый может использовать то, которое является для него более удобным.

При решении практических задач разное направление вращающего момента (вверх — вниз, влево — вправо) учитывается с помощью знаков «+» или «-«. Следует запомнить, что за положительное направление момента M¯ принято считать такое, которое приводит к вращению системы против часовой стрелки. Соответственно, если некоторая сила приводит к вращению системы по ходу стрелки часов, то создаваемый ее момент будет иметь отрицательную величину.

Крутящий момент двигателя

Коленчатый вал двигателя внутреннего сгорания: устройство, назначение, принцип работы - полезные статьи на Автодромо

Механизмы, узлы или детали автомобиля, все вместе и каждый по отдельности, безусловно важны, но основным элементом конструкции конечно же является двигатель. Анализ технических характеристик этого генератора движущей силы позволяет судить о том, насколько быстро авто набирает определенную скорость, как изменяются его тяговые и динамические возможности при увеличении его массы, езде в сложных дорожных условиях.

Базовые параметры двигателей внутреннего сгорания, бензиновых или дизельных, которые устанавливаются на абсолютное большинство современных легковых автомобилей, можно условно разбить на две группы.

Конструктивно заданные характеристики закладываются при проектировании и в процессе производства силового агрегата, являются неизменными в процессе эксплуатации:

  • тип двигателя (бензиновый или дизельный);
  • рабочий объем;
  • степень сжатия топливовоздушной смеси.

Показателями, характеризующими работу мотора или так называемыми рабочими параметрами, являются:

  • мощность;
  • крутящий момент;
  • удельный расход топлива.

Наибольший интерес вызывают параметры, от которых напрямую зависят динамические свойства автомобиля – это мощность и крутящий момент двигателя. Что же из себя представляют эти характеристики?

Что такое мощность двигателя

В официальных описаниях технических характеристик силовых агрегатов, параллельно с указанием мощности, обязательно приводится значение крутящего момента. Понятие мощности двигателя и понимание этого параметра, как правило, не вызывает сложностей – это физическая величина, характеризующая работу двигателя, выполняемую за единицу времени. То есть, мощность показывает, как быстро сможет автомобиль, имеющий определенную массу, преодолеть заданное расстояние. Чем больше мощность, тем больше максимальная скорость при неизменной снаряженной массе.

Мощность измеряется в ваттах или киловаттах (кВт), а также в лошадиных силах. Стоит отметить, что «лошадиная сила» – это внесистемная единица измерения (1 лошадиная сила = 735,5 Вт или 1 кВт = 1,36 л. с.).

Что такое крутящий момент двигателя

Несколько по-иному обстоит ситуация с пониманием крутящего момента, но, зная основные законы физики и базовое устройство силового агрегата, можно без труда прояснить это понятие. Крутящий момент двигателя – это качественный показатель, характеризующий силу вращения коленчатого вала. Этот параметр рассчитывается как произведение силы, приложенной к поршню, на плечо (расстояние от центральной оси вращения коленчатого вала до места крепления поршня (шатунной шейки)). Крутящий момент измеряется в ньютонах на метр (Нм).

Крутящий момент на коленчатом валу, как следует из вышеприведенной формулы, зависит от силы давления газов на поршень, а также от рабочего объема двигателя и степени сжатия топливной смеси в цилиндрах. Кстати сказать, значительно более высокий крутящий момент дизельных двигателей, по сравнению с аналогичными по объему бензиновыми моторами, объясняется чрезвычайно высокой степенью сжатия смеси дизельного топлива и воздуха в камерах сгорания (бензиновые — примерно 10:1, дизельные – около 20:1).

Высокий крутящий момент двигателя обеспечивает автомобилю отличную динамику разгона уже при низких оборотах вращения коленчатого вала, существенно увеличивает тяговые характеристики силового агрегата – повышает грузоподъемность авто и его проходимость.

Максимальное значение крутящего момента двигатель внутреннего сгорания достигает при определенных оборотах. У бензиновых моторов этот показатель более высокий, чем у «дизелей».

Мощность или крутящий момент — что важнее?

Коленчатый вал двигателя внутреннего сгорания: устройство, назначение, принцип работы - полезные статьи на АвтодромоЕсли провести сравнительную оценку двух рабочих характеристик двигателя – мощности и крутящего момента, то очевидными становятся следующие факты:

  • крутящий момент на коленчатом валу – основной параметр, характеризующий работу силового агрегата;
  • мощность двигателя – это вторичная рабочая характеристика мотора, которая, по своей сути, является производной крутящего момента;
  • зависимость мощности от крутящего момента выражается отношением: Р = М*n, где Р – мощность, М – крутящий момент, n – количество оборотов коленчатого вала в минуту;
  • мощность двигателя линейно зависима от частоты вращения коленчатого вала: чем выше обороты, тем больше мощность мотора (естественно, до определенных пределов);
  • крутящий момент также увеличивается при повышении оборотов двигателя, но достигнув своего максимального значения (при определенной частоте вращения коленчатого вала), его показатели снижаются, независимо от дальнейшего увеличения оборотов (график зависимости крутящего момента от частоты вращения двигателя имеет вид перевернутой параболы).

Некоторые выводы

  • При оценке эксплуатационных параметров автомобиля и непосредственно рабочих характеристик его двигателя, величина крутящего момента обладает большим приоритетом, чем мощность.
  • Среди силовых агрегатов, имеющих схожие конструктивные и рабочие параметры, предпочтительнее выглядят те, у которых крутящий момент больше.
  • Для обеспечения наилучшей динамики разгона автомобиля и обеспечения оптимальных тяговых свойств двигателя, частоту вращения коленчатого вала нужно поддерживать в том диапазоне значений, при которых крутящий момент достигает своих пиковых показателей.

Изменение крутящего момента и динамика автомобиля

Чтобы обеспечить наилучшие динамические характеристики, автопроизводители стремятся устанавливать на автомобили силовые агрегаты, обладающие максимальным крутящим моментом в более широком диапазоне оборотов двигателя. Высокий крутящий момент характерен для дизельных силовых агрегатов, а также многоцилиндровых и турбированных моторов.

Чтобы правильно оценивать роль мощности и крутящего момента в формировании динамических характеристик автомобиля, нужно уяснить следующие факты:

  • автомобиль с более мощным, но не обладающим достаточным крутящим моментом двигателем, будет уступать в разгонной динамике авто с высоким крутящим моментом;
  • высокий крутящий момент, «подхватываемый» двигателем на низких оборотах, позволяет автомобилю ускоряться значительно эффективней;
  • максимально возможная скорость автомобиля напрямую зависит от мощности двигателя, а крутящий момент не влияет на этот показатель: автомобили, обладающие огромным крутящим моментом, могут развивать весьма скромную максимальную скорость; пример: спортивные болиды (небольшой крутящий момент на карданном валу и высокая скорость) или тяжелые внедорожники (внушительный крутящий момент и невысокая максимальная скорость).

Независимо от мощности двигателя, разгонная динамика автомобиля, а также его способность «резво» преодолевать подъемы всецело зависят от величины максимального крутящего момента. Чем больший крутящий момент передается на ведущие колеса и чем шире диапазон оборотов двигателя, в котором он достигается, тем увереннее авто ускоряется и преодолевает сложные участки дороги.

Стоит заметить, что сравнение характеристик конструкционно идентичных, но имеющих разные крутящие моменты двигателей, имеет смысл только при одинаковых параметрах трансмиссии; коробки переключения передач должны обладать схожими передаточными отношениями. В противном случае, сравнивать крутящие моменты двигателей не имеет практического смысла.

http://autodromo.ru/articles/kolenchatyy-val-dvigatelya-vnutrennego-sgoraniya-ustroystvo-naznachenie-princip-raboty
Источник Источник Источник Источник Источник http://prometey96.ru/ustrojstvo-avto/krutyashchij-moment.html

Крутящий момент двигателя

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Похожее

Новая серия двигателей ЯМЗ

Новая серия двигателей ЯМЗ

Двигатель ЯМЗ-534 стал родоначальником новой серии среднего ряда ЯМЗ-530. В истории это вторая серия 4 цилиндровых L-образных моторов ЯМЗ. Первую версию выпускало Ярославское моторное производство. По причине морального старения в 80-е года выпуск ЯМЗ-204 был прекращен. Разработка ЯМЗ-534 проводилась с «0» на Автодизеле. В его создании участвовала инжиниринговая организация AVL List. Двигатель 534 CNG является […]

Ремонт головки блока цилиндров в Москве

Ремонт головки блока цилиндров в Москве

Ремонт головок блока (ГБЦ) представляет собой определённую совокупность работ, для которых необходимо определённое оборудование и инструменты для ремонта, а также наличие квалифицированных специалистов с большим опытом. Мастера должны обладать специальными знаниями и навыками для успешного выполнения работ. Для получения качественных услуг по ремонту ГБЦ достаточно обратиться на сайт известной компании: motor-rem.ru. При возникновении любых дефектов […]

Яндекс.Метрика