Czym jest moment obrotowy silnika samochodowego i na co wpływa

Co może zainteresować konsumentów, którzy chcą zbadać parametry techniczne samochodu? Z reguły entuzjastów motoryzacji interesuje w pierwszej kolejności moc, następnie z pewnością zużycie paliwa, a także maksymalna prędkość rozwijana przez poprzedniego właściciela na tym samochodzie. Takie pojęcie jak moment obrotowy nie jest poruszane tak często, jak mogłoby być.

Informacje ogólne

Silnik samochodowy BMW

Siła ciągu silnika jest oceniana od momentu powstania maszyn samobieżnych. Zwyczajowo wyraża się ją w koniach mechanicznych. Do 1907 r. moc silnika była mierzona wstępnie: była oznaczana w zakresie od i do (na przykład od 16 do 25 koni mechanicznych). Od 1907 roku wskaźnik ten był dzielony na dwa składniki, na przykład 7/23. Pierwsza liczba odzwierciedlała wartość stawki podatkowej, a druga — bezpośrednio wartość mocy. Wartość «koni mechanicznych» była porównywana do pojemności roboczej jednostki napędowej samochodu. Dla czterosuwowych jednostek napędowych jest to 261,8 centymetrów sześciennych, dla silników dwusuwowych — 174,5. Moc zaczęła być oznaczana w kilowatach (kW), tak jak jest to obecnie przyjęte zgodnie z międzynarodowym układem SI, znacznie później.

W rzeczywistej pracy koncepcja «mocy silnika» nie ujawnia zdolności samochodu do wysiłku trakcyjnego. Jeśli dla porównania weźmiemy samochody tej samej klasy o stosunkowo równej mocy i pojemności silnika, to tylko wtedy możemy powiedzieć, że dla niektórych samochodów ostrość jest charakterystyczna przy niskich obrotach, dla innych — przy wysokich obrotach. Tak jak na jednostce benzynowej o mocy 110-130 KM można przyznać przyspieszenie temu samemu samochodowi z silnikiem wysokoprężnym o mocy nie większej niż 70-80 KM.

Oczywiście na wszystko można znaleźć rozsądne wytłumaczenie i ten przypadek nie jest wyjątkiem. Wyjaśnienie jest dość proste: w każdym przypadku siła trakcyjna na kołach napędowych ma inną wartość. Wyjaśnienie jest dość proste. Wystarczy skorzystać ze wzoru, gdzie siła trakcyjna F=M×i×h/r; M — moment obrotowy, i — przełożenie, h — sprawność przekładni, r — promień koła. Analizując wzór, można dojść do wniosku, że im wyższe wartości momentu obrotowego i przełożenia skrzyni biegów, a procent strat w skrzyni biegów jest mniejszy, tym wartość siły trakcyjnej będzie wyższa.

Silnik samochodowy

Sprawność skrzyni biegów, promień koła i przełożenie są podobne w samochodach tej samej klasy, więc moment obrotowy jednostki napędowej ma duży wpływ na siłę uciągu.

Moment obrotowy — co to takiego?

Pamiętając lekcje fizyki, nasuwa się wniosek, że moment obrotowy został zademonstrowany za pomocą folderu i obciążenia. Jednak w prawdziwym samochodzie nie ma ciężarków ani teczek, są całe złożone urządzenia. Proces roboczy zwany momentem obrotowym w silniku jest wytwarzany przez spalanie mieszanki paliwowej, która rozszerza się podczas spalania i popycha tłok. Poprzez korbowód tłok naciska na część wału korbowego.

Moment obrotowy oblicza się w przybliżeniu w następujący sposób: tłok popycha korbowód z siłą około dwustu kilogramów na pięciocentymetrowym ramieniu, co daje moment obrotowy około 10 kg-m lub 98 N-m. Aby zwiększyć moment obrotowy, promień korby jest zwiększany lub mechanizm jest regulowany tak, aby siła wywierana przez tłok była większa. Promień korby zwiększa się do pewnego progu. W związku z tym należy również zwiększyć rozmiar silnika.

Kto ma większą siłę?

Wartości momentu obrotowego są znacznie wyższe w przypadku silników wielocylindrowych, turbodoładowanych i doładowanych mechanicznie. Najwyższe wartości momentu obrotowego można osiągnąć w silnikach wysokoprężnych. Większość z nich jest w stanie zapewnić autu zwiększoną dynamikę nawet przy 800 czy 1000 obrotów na 60 sekund. Jeśli istnieje duża chęć zakupu samochodu z silnikiem wysokoprężnym o zwiększonej dynamice, ale z pewnych powodów nie jest to możliwe — należy wybrać samochód z taką jednostką napędową, której maksymalny moment obrotowy osiągany jest przy niższych obrotach. Takie samochody łatwiej się rozpędzają. W przeciwnym razie trzeba będzie «na siłę dławić» silnik obrotami, znacznie zwiększając zużycie paliwa. Przy takiej jeździe szybciej zużywają się też części.

Współczesny rozwój branży motoryzacyjnej wskazuje, że twórcy nowych modeli dokładają wszelkich starań, aby uniknąć «luki» w przyspieszeniu i uczynić je mniej więcej równomiernym w całym zakresie obrotów. Wszystko po to, aby uniknąć sytuacji, w której wartość momentu obrotowego nie jest w stanie przenieść na koła dużej siły napędowej. Jednym z przedstawicieli takich jednostek napędowych jest 6-cylindrowy turbodoładowany silnik Audi o pojemności 2,7 litra w kształcie litery V. Moc silnika wynosi dwieście pięćdziesiąt koni mechanicznych. Między 1700 a 4600 rozwija moment obrotowy w zakresie 350 N-m. Inny niemiecki samochód, Volkswagen, z turbodoładowanym silnikiem o pojemności 1,8 litra i mocy 180 koni mechanicznych rozwija moment obrotowy 228 N-m w zakresie od 2000 do 5000 obrotów. Niewątpliwie ogromną przyjemność przynosi jazda takimi samochodami — niezależnie od liczby obrotów po wciśnięciu «gazu», żelazny koń posłusznie i gwałtownie zaczyna przyspieszać. Przynosi to przyjemność nie tylko miłośnikom szybkiej jazdy, ale także może zwiększyć pewność prowadzenia podczas wyprzedzania w odpowiednim momencie.

Zwiększenie i «wyrównanie» momentu obrotowego w nowych silnikach próbuje się osiągnąć na kilka sposobów:

kilka (od trzech do pięciu) zaworów na cylinder;
zmieniają się mechanizmy dystrybucji gazu;
układ dolotowy silnika jest krótszy;
wirnik turbiny wykonano z ceramiki i nadal możliwa jest zmiana kąta nachylenia łopatek.

Silnik samochodu Chevtolet Corvette ZR-1

Wszystkie te manipulacje mają jeden cel — ulepszyć i zmodernizować proces nasycania cylindrów w każdy możliwy sposób. W tych pracach specjaliści Saaba osiągnęli największy sukces. W jednym z ich nowych silników o pojemności 1,6 litra umieszczono moc 225 koni mechanicznych, a także moment obrotowy 305 N-m. Szwedzkim inżynierom udało się osiągnąć tak wysoki postęp dzięki zmianom w pojemności komory spalania i zmniejszeniu stopnia sprężania w różnych trybach pracy. Pomogły w tym również zmiany w wysokociśnieniowym doładowaniu i układzie intercoolera, a także zastosowanie czterech zaworów na cylinder.

Trochę o pojęciu «mocy»

I jak można zapomnieć o tak ważnym wskaźniku jak moc. Pojęcie to różni się nieco od momentu obrotowego. W wielu źródłach i zasobach internetowych obok charakterystyki mocy podawana jest liczba obrotów wału korbowego wymagana do osiągnięcia określonego parametru. Z reguły liczba wskazanych obrotów jest zbliżona do wartości maksymalnej. W każdej innej sytuacji silnik wytwarza tylko ułamek wartości określonego parametru.

Nietrudno znaleźć wytłumaczenie takiego stanu rzeczy. W oparciu o wzór na obliczanie mocy silnika, liczonej w kilowatach, moc (N) jest iloczynem średniego momentu obrotowego silnika (M_кр) i obrotów wału korbowego (n, obr./min), a następnie wszystko dzielone przez 9549 (N=M_кр×n/9549). Z powyższego wzoru jasno wynika, że na wartość mocy wpływają zarówno obroty układu napędowego, jak i moment obrotowy. Jednak porównując te dwie wartości, nawet uśrednione, możemy stwierdzić, że wartość momentu obrotowego ma znacznie mniejszy wpływ na moc niż liczba obrotów (2900 obrotów vs 110 N-m). Jest to kolejne potwierdzenie, że siła silnika nie jest wyrażona w wartości mocy.

Można to łatwo potwierdzić na ilustrującym przykładzie. Podczas jazdy po autostradzie ze stałą prędkością, moc trakcyjna silnika jest zużywana przez kilka czynników przeciwdziałających (aerodynamika, przepływy masy powietrza, toczenie się kół), a także przez wynikające z tego tarcie w niektórych podzespołach. Jeśli jednak konieczne jest wyprzedzanie, nie zawsze możliwe jest przyspieszenie, ponieważ należy również pokonać wynikającą z tego siłę bezwładności. W takich przypadkach często mówi się, że silnikowi brakuje mocy. Stwierdzenie to jest jednak błędne. Siła trakcji przeciwstawia się wszystkim siłom przeciwdziałającym i zależy od momentu obrotowego. To właśnie moment obrotowy decyduje o tym, czy samochód może szybko przyspieszyć.

Aby uzyskać większe przyspieszenie, można po prostu zmienić bieg na niższy. Ale w takim przypadku może wystąpić nieprzewidziane niebezpieczeństwo «nadmiernego dokręcenia» silnika. Podobna sytuacja może wystąpić podczas wspinaczki górskiej, gdzie redukcja biegu jest bardziej prawdopodobna.

Podsumowując

Jaguar XF z otwartą maską

Po przeanalizowaniu wszystkich niuansów możemy stwierdzić, że silnik samochodu może mieć absolutnie dowolną moc, ale moment obrotowy jest odpowiedzialny za jakość przyspieszenia i zdolność «wyciągania» samochodu ze wzgórza. Pojęcie mocy może obejmować następujące wskaźniki: ilość zużytego paliwa, pojemność energetyczną, zdolność do zwiększania przyczepności i kilka innych wskaźników.