Чем меньше обороты двигателя тем лучше

Крутящий момент двигателя: что это такое

Даже тем людям, которые не очень интересуются автомобилями, у которых их никогда не было и которые не намереваются становиться их владельцами, отлично известно, что одной из основных характеристик этих транспортных средств является мощность двигателя. Ее принято измерять в лошадиных силах (несколько реже используют более «правильную» с технической точки зрения величину — киловатт), причем вполне справедливо считается, что чем выше значение этого показателя — тем лучше.

С другой стороны такая важная характеристика как крутящий момент двигателя часто остается неизвестной даже некоторым автолюбителям. И это при том, что она является, на самом деле, ничуть не менее значимой характеристикой двигателя, чем его мощность и обороты, с которыми, кстати, находится в весьма тесной и даже неразрывной взаимосвязи.

В данной статье мы попробуем объяснить, что такое крутящий момент двигателя, чем он отличается от мощности, от чего зависит и на что влияет.

Новая термодинамика

Мы завершили создание базовой физики, описывающей термодинамику авиационных двигателей. С её помощью тепловыделение и допустимое время выработки ресурса становятся намного более точными, а управление двигателем – более гибким и адаптивным к окружающим условиям (погодным, атмосферным, режимным и прочим).

В Аркадных боях War Thunder ситуация с термодинамикой не изменится — там все останется по прежнему, а вот любителям Реалистичных и, конечно, Симуляторных боёв информация о новой термодинамике очень серьёзно поможет в бою. Итак, что же нового?

1. Точное тепловыделение двигателя

В новой модели термодинамики тепловыделение зависит от режима работы двигателя более полно: учитывается текущая мощность двигателя, наддув, обороты и т.д.

Прежняя реализация не учитывала большинство этих факторов, в результате чего температуры слабо зависели от режима работы двигателя: например, при падении наддува и мощности при подъеме выше “границы высотности” температуры продолжали расти. Новая модель тепловыделения учитывает все факторы, и теперь при полете на высотах выше “границы высотности” двигателя равновесные температуры уменьшаются, что позволяет на больших высотах летать дольше, чем на малых.
Уменьшить тепловыделение без серьезных потерь в тяге винтомоторной группы можно и иными способами, например, уменьшить текущие обороты двигателя, но оставить наддув прежним: в некоторых случаях тяга даже может немного возрасти на максимальных скоростях, при этом тепловыделение двигателя упадет и равновесные температуры снизятся.

2. Температура

Равновесная температура теперь определяется балансом между отводимым теплом (тепло отводится радиаторами, самим двигателем, обшивкой и т.д.) и теплом, генерируемым двигателем в процессе работы.

В зависимости от положения створок масляных/воздушных радиаторов меняется количество отводимого тепла, эффективность радиаторов при этом приведена ближе к реальной — основной рабочий участок створок приходится на диапазон от 10 до 40%, дальнейшее открытие створок приводит к незначительному снижению равновесной температуры, но тем не менее позволяет выиграть еще несколько минут безопасной эксплуатации двигателя. В большинстве случаев достаточно приоткрыть створки на 20-30%, это не вызовет серьезного снижения летных характеристик и в то же время позволит эксплуатировать двигатель в нормальном температурном режиме.
Эффективность отвода тепла зависит и от погодных условий в миссии. В мороз теплообмен с окружающей средой эффективнее, в этих условиях радиатор можно приоткрыть на совсем небольшое значение. В то же время в жарком климате створки лучше распахнуть сильнее обычного.
Скорость изменения температуры теперь зависит от разницы текущей температуры и равновесной при текущем режиме двигателя: чем выше разница температур, тем интенсивнее теплообмен и тем выше скорость изменения температуры. В этом плане у воздушных двигателей преимущество, так как разница температур при изменении режимов у них выше, теплообмен происходит интенсивнее, поэтому и температуры изменяются быстрее, такие двигатели быстрее охлаждаются и прогреваются.

3. Предварительный прогрев

Появился предварительный прогрев двигателей при старте, чтобы исключить долгое ожидание безопасной для взлета температуры (самолеты появляются на полосе с уже прогретыми моторами).

4. Временные лимиты

Лимит по времени для безопасной работы двигателя теперь зависит от текущего температурного режима. То есть нужно следить за значениями температуры на любом режиме работы двигателя и не допускать превышения допустимого времени работы. Для большинства самолетов максимальный режим возможно использовать от 15 минут до получаса, чрезвычайный (боевой) – от 5 и менее минут до 15.

Если не соблюдать температурные режимы и сильно перегревать двигатель, время работы сокращается до минимальных значений, вплоть до нескольких десятков секунд.
Время ограничено и на других режимах, чем меньше мощность и слабее тепловыделение двигателя, тем дольше можно эксплуатировать двигатель на этом режиме. Также добиться большего времени работы можно, подстраивая двигатель под текущие условия: например, открыв радиаторы полностью, можно выиграть еще несколько минут работы на чрезвычайном боевом режиме. Чем сильнее удается понизить равновесные температуры, тем большего времени безопасной эксплуатации можно добиться.
Таким образом, при морозной погоде можно достичь чрезвычайно долгой безопасной работы двигателя даже при небольшом отклонении створок радиаторов, при нормальной температуре можно разменять сопротивление от полностью открытых створок на увеличенное время работы, а в жарком климате следует открывать створки посильнее.

5. Новая индикация

Новая индикация поменяла логику отображения информации о текущем состоянии двигателя. Поскольку на время работы двигателя теперь влияет тепловой баланс и текущая температура, то от таймера перегрева было решено отказаться.

Теперь остаток рабочего времени определяет цвет температурного индикатора: белый цвет означает, что двигатель работает в штатном режиме, желтый — проработает от 5 до 10 минут, оранжевый — от 2 до 5 минут, красный — менее 2 минут, и красный с предупреждающим миганием — менее одной минуты.

6. Восстановление после длительной работы

После длительной работы двигателя требуется время для полного восстановления лимита по времени. Это означает, что двигатель необходимо остудить и немного полетать на режимах с пониженной мощностью, давая двигателю “отдохнуть”. В обычном случае для полного восстановления двигателя хватит примерно половины временного лимита требуемого режима (например, время работы на форсаже при автоуправлении двигателем – 5 минут, значит, после исчерпывания этого лимита нужно полетать на 100% (без форсажа) около 2,5 минут, чтобы восстановить все 5 минут лимита форсажа).

7. Автоматическое управление радиаторами

Автоматическое управление радиаторами теперь следит за режимом двигателя и автоматически подбирает положение створок радиатора, при котором обеспечивается оптимальное сочетание охлаждения и минимальное влияние на летные характеристики.

Автоматическое управление связно с элементами управления двигателем: задавая режим работы (уменьшая или увеличивая газ), пилот задает и желаемую температуру, которую дальше удерживают термостаты автоматического управления радиатором.
Таким образом при стационарном полете на любом режиме работы двигателя поддерживается оптимальное положение створок. При изменении режима на более мощный створки во время прогрева до новой установленной автоматом температуры закрываются полностью, что ускоряет время прогрева, но уменьшает лобовое сопротивление самолета, позволяя выполнить более резкое ускорение. При изменении режима на более слабый – наоборот, пока двигатель будет остывать до новой равновесной температуры, створки раскроются на полный ход, что автоматически ускорит время остывания.

8. Повреждение двигателя при перегреве

После превышения временных лимитов двигатель начинает терять мощность, нарушается устойчивость работы, “плавают” обороты и т.д. Тем не менее, даже поврежденный двигатель можно спасти, если успеть среагировать и перевести двигатель на щадящий режим работы — например, перейти на минимальные обороты, перевести РУД до значения около 50%, открыть радиаторы полностью, чтобы как можно быстрее охладить двигатель до достаточно низких температур, (т.е. как только температурный индикатор покажет, что самый минимальный временной лимит восстановлен (перестанет моргать)).

Эти действия остановят дальнейшее повреждение двигателя и сохранят частичную работоспособность и достаточную для возвращения на аэродром или даже для ведения воздушного боя мощность.
Возможность спасения двигателя и остаток мощности, а так же скорость накопления повреждений зависит от степени перегрева. Например, разогрев до температуры кипения охлаждающей жидкости гарантирует её дальнейшую утечку, парообразование и неминуемую гибель двигателя после исчерпания охлаждающей жидкости. В то же время, повреждения после исчерпания временного лимита режима, которое было достигнуто при нормальном температурном режиме, будут происходить медленно и дают достаточно времени для того, чтобы охладить и спасти двигатель. Чем выше температуры, при которых произошло исчерпание лимита по времени, тем быстрее повреждается и теряет мощность двигатель.

9. Дальнейшая настройка самолетов с новой термодинамикой

На данный момент большинство самолетов используют обобщенную настройку термодинамики, которая является конвертацией температурных режимов из старой(текущей) модели, то есть температуры и режимы старой реализации термодинамики дополняются по общим правилам и шаблонам, присущим самолетам, при этом сохраняются особенности со старой модели.

Например, если раньше самолет не перегревался ни на одном из режимов, то конвертированная термодинамика будет содержать довольно мягкие тепловые режимы и временные лимиты, если у самолета были проблемы с перегревом в старой модели, то и в новой модели тепловые режимы будут жесткие.
В дальнейшем, по мере актуализации летных моделей, температурная модель будет уточняться в соответствии с реальными данными.
Также в ближайшее время планируется добавление раздельного управления системами охлаждения (маслорадиатор и двигатель/водорадиатор). В данный момент обе системы работают совместно.

Режим экономии топлива

Режим максимальной экономии топлива характеризуется движением на малых оборотах. Ведь для поднятия оборотов нужно больше открыть дроссельную заслонку, впуская больше воздуха в двигатель. А пропорционально росту воздуха будет расти и потребление топлива. При этом, чтобы езда была уверенной необходимо ехать на максимальном моменте. (Кроме того двигатель развивая максимальный момент будет работать экономичнее чем даже на меньших оборотах, но идя «внатяг»). Для этого нужно переключать передачи так, чтобы обороты двигателя на следующей передачи попадали в зону (начала полки) максимального момента.

Рассмотрим зависимость скорости автомобиля в зависимости от оборотов двигателя на разных передачах в режиме экономии топлива.

Красной стрелкой отмечена скорость на разных передачах

Очень кстати приходится наличие «двойного» наддува, позволяющего получить максимум момента начиная с 2000 об/мин. А наличие семиступенчатой коробки DSG позволяет в полной мере реализовать тяговитость низов. Автоматы с двойным сцеплением имеют очень быстрое время переключения передач, а благодаря плавной передачи момента с одной передачи на другую, делают переключение очень плавным (без рывков). Все это позволяет двигаться на скорости 90 км/ч при 2000 об/мин (максимальные обороты при разгоне при этом не превышают 3000 об/мин). Этим достигается крайне эффективный с точки зрения топливной экономичности режим передвижения. Большое количество ступеней нужно для экономичного передвижения на невысоких оборотах. Заявленный расход в смешанном цикле составляет 6л/100км.

Низкий уровень шума

В современных станциях должно быть три обязательных функции:

• Экономичный режим. При отключении оборудования автоматически снижает обороты двигателя. Как только устройства будут снова подключены, генератор самостоятельно возвращает нужное значение оборотов.
• Датчик уровня масла. Автоматически отключает бензогенератор при достижении критических значений уровня масла.
• Внутренняя защита. Предотвращает поломку бензиновой станции, отключая ее в случае короткого замыкания или превышения допустимой нагрузки.

Помимо перечисленных, инверторные станции FUBAG оснащаются цифровым дисплеем. С помощью него легко контролировать основные параметры работы – выходное напряжение, частоту переменного тока, отработанные моточасы и значение оборотов (частоту вращения двигателя).

Также в модельном ряде TI используется необычная крышка топливного бака. Она имеет клапан, который предотвращает выливание топлива.

Эффективность работы двигателя автомобиля.

Основные показатели, характеризующие работу двигателя — крутящий момент, мощность, экономичность и токсичность отработавших газов. Как правило, по этим показателям оценивают эффективность работы двигателя.

Экoнoмичнoсть хaрaктеризуется рaсхoдoм тoпливa, зaтрaчивaемoгo нa пoлучение единицы мoщнoсти. Тoксичнoсть oпределяется кoличествoм вредных для oкружaющей среды и челoвекa веществ, выбрaсывaемых в aтмoсферу с oтрaбoтaвшими гaзaми.

Помимо конструктивных параметров, эти показатели зависят от особенностей и настроек систем питания и зажигания, степени износа деталей и пр. Давление в конце такта сжатия (компрессия) является показателем технического состояния (изношенности) цилиндро-поршневой группы и клапанов.

Крутящий момент на коленчатом валу двигателя определяет силу тяги на колесах: чем он больше, тем лучше динамика разгона автомобиля. Равен произведению силы на плечо и измеряется в Н·м (Ньютон на метр), ранее в кгс.м (килограмм-сила на метр).

Крутящий момент увеличивается с ростом:

• рабочего объема. Поэтому двигатели, которым необходим значительный крутящий момент, обладают большим объемом.
• давления горящих газов в цилиндрах, которое ограничено детонацией (взрывное горение бензо-воздушной смеси, сопровождаемое характерным звонким звуком, ошибочно называется «стуком поршневых пальцев») или ростом нагрузок в дизелях.

Максимальный крутящий момент двигатель развивает при определенных оборотах, они вместе с его величиной указываются в технической документации.

Мощность двигателя — величина, показывающая, какую работу он совершает в единицу времени, измеряется в кВт (ранее в лошадиных силах). Одна лошадиная сила (л.с.) приблизительно равняется 0,74 кВт. Мощность равна произведению крутящего момента на угловую скорость коленвала (число оборотов в минуту, умноженное на определенный коэффициент).

Двигатели большей мощности производители получают увеличением:

• Рабочего объема, что, в свою очередь, приводит к росту габаритов двигателя и ограничению допустимых максимальных оборотов из-за значительных сил инерции увеличившихся деталей;
• Оборотов коленчатого вала, число которых ограничено инерционными силами и увеличением износа деталей. Высокооборотный двигатель одинаковой мощности (при прочих равных условиях — конструкции двигателя, технологии изготовления, применяемых материалах и т.д.) с низкооборотным обладает меньшим сроком службы, так как в среднем для одного и того же пробега его коленчатый вал будет совершать больше оборотов;
• Давления в цилиндре путем повышения степени сжатия либо наддувом воздуха посредством турбо или механических нагнетателей. Для применения наддува степень сжатия вынужденно уменьшают для предотвращения детонации (у бензиновых двигателей) и снижения жесткости работы (повышенные нагрузки в цилиндро-поршневой группе дизеля, сопровождаемые чрезмерным шумом) (у дизелей). Наддув позволяет, например, сохранить мощность при меньшем рабочем объеме.

Номинальная мощность — гарантируемая производителем мощность при полной подаче топлива на определенных оборотах. Именно она, а не максимальная мощность, указывается в технической документации на двигатель.

Удельный расход топлива — это количество топлива, расходуемого двигателем на 1 кВт развиваемой мощности за один час. Является показателем совершенства конструкции двигателя: чем расход ниже, тем более эффективно используется энергия сгорающего в цилиндрах топлива.

При одних и тех же конструктивных параметрах у разных двигателей такие показатели, как мощность, крутящий момент и удельный расход топлива, могут отличаться. Это связано с такими особенностями, как количество клапанов на цилиндр, фазы газораспределения и т. п. Поэтому для оценки работы двигателя на разных оборотах используют характеристики — зависимость его показателей от режимов работы. Характеристики определяются опытным путем на специальных стендах, так как теоретически они рассчитываются лишь приблизительно.

Как правило, в технической документации к автомобилю приводятся внешние скоростные характеристики двигателя, определяющие зависимость мощности, крутящего момента и удельного расхода топлива от числа оборотов коленвала при полной подаче топлива. Они дают представление о максимальных показателях двигателя.

Показатели двигателя (упрощенно) изменяются по следующим причинам. С увеличением числа оборотов коленвала растет крутящий момент благодаря тому, что в цилиндры поступает больше топлива. Примерно на средних оборотах он достигает своего максимума, а затем начинает снижаться. Это происходит из-за того, что с увеличением скорости вращения коленвала начинают играть существенную роль инерционные силы, силы трения, аэродинамическое сопротивление впускных трубопроводов, ухудшающее наполнение цилиндров свежим зарядом топливо-воздушной смеси, и т. п.

Быстрый рост крутящего момента двигателя указывает на хорошую динамику разгона автомобиля благодаря интенсивному увеличению силы тяги на колесах. Чем дольше величина момента находится в районе своего максимума и не снижается, тем лучше. Такой двигатель более приспособлен к изменению дорожных условий и реже придется переключать передачи.

Мощность растет вместе с крутящим моментом и даже, когда он начинает снижаться, продолжает увеличиваться благодаря повышению оборотов. После достижения максимума мощность начинает снижаться по той же причине, по которой уменьшается крутящий момент. Обороты несколько выше максимальной мощности ограничивают регулирующими устройствами, так как в этом режиме значительная часть топлива расходуется не на совершение полезной работы, а на преодоление сил инерции и трения в двигателе. Максимальная мощность определяет максимальную скорость автомобиля. В этом режиме автомобиль не разгоняется и двигатель работает только на преодоление сил сопротивления движению — сопротивления воздуха, сопротивления качению и т. п.

Величина удельного расхода топлива также меняется в зависимости от оборотов коленвала. Удельный расход топлива должен находиться как можно дольше вблизи минимума; это указывает на хорошую экономичность двигателя. Минимальный удельный расход, как правило, достигается чуть ниже средних оборотов, на которых в основном и эксплуатируется автомобиль при движении в городе.

Итак, подведем итоги… На практике более важны выходные характеристики работы двигателя:

• Мощность. Она измеряется в лошадиных силах (л.с. — традиционная единица измерения) или киловаттах (кВт). Именно она определяет скорость и время разгона автомобиля.
• Крутящий момент. Т.е. создаваемое двигателем максимальное тяговое усилие. Измеряется в Ньютон-метрах (Н·м). Косвенно влияет на скорость и разгон и прямо — на «эластичность» двигателя, т. е. способность ускоряться на низких оборотах.
• Максимально допустимое число оборотов коленчатого вала в минуту (об/мин). Показывает, сколько оборотов коленвала в минуту сможет выдержать двигатель без потери в ресурсной прочности. Чем больше число оборотов, тем более резкий и динамичный характер имеет автомобиль.

Однако не менее важны расходные характеристики:

• Расход топлива. Обычно измеряется в литрах на 100 километров. Расход в городском, загородном и смешанном вариантах различен.
• Тип топлива. Марка потребляемого бензина, дизельного топлива, газа. В современных автомобилях возможно использование любых марок, но при снижении октанового числа падают ресурсная прочность и мощность, а при повышении сверх нормы — повышается мощность, но снижается ресурс. Также при повышении октанового числа увеличивается теплоотдача, что может привести к раннему перегреву. Пример марок топлива: А-76, А-92, АИ-98, А-95Евро, ДТ, ДТ Евро, ДТ Супер.
• Расход масла. Измеряется в литрах, но на 1000 км. Максимальный показатель — 1л/1000км для исправной машины.
• Марка потребляемого масла. Обычно обозначется ххWхх. Первое число — густота масла, второе — его вязкость. Например — 0W40 и 5W40 — синтетические масла, 10W40 — полусинтетическое масло, 15W40 и 20W40 — минеральные масла. Более густые и вязкие масла улучшают прочность и надежность двигателя, менее густые — улучшают динамические выходные характеристики.

Внимание! Масла типа 70W90 или 95W100 являются трансмиссионными и ни в коем случае не могут быть использованы в двигателе — это гарантированно приведет к неисправности двигателя!

• Ресурсная прочность, т. е. как часто двигателю необходимо техническое обслуживание. Обычно в пределах 5 000—30 000 км пробега. Предельный пробег позволяет примерно определить полный срок службы, после гарантийного пробега прекращаются гарантийные обязательства.

Это основные потребительские характеристики.

Какие инструменты помогут контролировать стиль вождения и обеспечат наименьший расход топлива?

Безусловно, мало вывести правила, нужно сделать так, чтобы сотрудники применяли их, а для этого необходимы эффективные инструменты контроля.

Для контроля стиля вождения авто мы разработали систему спутникового мониторинга ITOB ECO-DRIVE на базе программного продукта «1С:Центр спутникового мониторинга ГЛОНАСС/GPS».

Решение позволяет отслеживать:

· скорость движения, обороты двигателя, температуру, пробег;

· резкие ускорения и торможения;

· местоположение, маршруты движения, остановки и стоянки транспорта;

· простои с включенным зажиганием;

· текущий и общий расход топлива, места заправок и сливов;

· формирует рейтинг водителей по путевым листам.

Система фиксирует все параметры в онлайн-режиме, о любом нарушении диспетчер узнает мгновенно. Наличие такого контроля повышает дисциплинированность водителей, обеспечивая аккуратную и экономичную езду. В результате расходы на топливо снижаются, и это заметно уже с первых дней применения ITOB ECO-DRIVE.

Еще один плюс экономичного стиля вождения – оптимизация расходов на содержание автопарка. Бережное отношение к технике продлевает срок ее эксплуатации, автомобили реже нуждаются в ремонте, сокращаются расходы на запчасти. Применение системы спутникового мониторинга позволяет участвовать в программах льготного страхования и экономить до 30% на КАСКО.