Крутящий момент двс: Что такое крутящий момент двигателя? :: SYL.ru

Что такое крутящий момент двигателя? :: SYL.ru

Когда автолюбители выбирают себе автомобиль, читают характеристики новинок в различных изданиях, то в первую очередь им интересно, сколько же «лошадей» уместилось под капотом новинки, какие у двигателя аппетиты, какова его максимальная скорость. А вот об одном важном параметре забывают чуть ли не все, даже опытные автолюбители. Это крутящий момент двигателя. Данный параметр может рассказать о характеристиках моторов значительно больше. Почему? Давайте узнаем.

Момент – не мощность

Возможности силовых агрегатов по мощности оценивали еще с того самого момента, когда появились первые самоходные механизмы. Но мощность позволяет лишь частично охарактеризовать силу тяги того или иного мотора.

Это легко заметно на ДВС одного класса. Так, на разных авто можно наблюдать, что динамические характеристики могут различаться. То есть одна машина ведет себя довольно резво уже на малых оборотах, а на другой, чтобы добиться такого же эффекта, нужно раскрутить маховик до почти максимальных оборотов.

Что такое крутящий момент двигателя автомобиля?

Если говорить по науке, то это физическая величина. Это произведение силы, которая прилагается к рычагу длиной в 1 м, и расстояния от оси, в которой вращается этот рычаг до точки, куда прилагается сила.

В школьном курсе физики эту величину называли «момент силы», а в курсах механики – «крутящий момент». Измеряется данная сила количеством Ньютонов на метр.

Крутящий момент двигателя – это такая величина, которая показывает силу тяги агрегата. Чем больше значение крутящего момента пройдет от двигателя на колеса, тем лучше и тем больший вес этот мотор может сдвинуть, и тем большее ускорение сможет развить этот автомобиль. Так, грузовые авто, тракторы, различные бульдозеры, спортивные машины очень нуждаются в моторах с высоким крутящим моментом.

Но эта сила, которая приходит с мотора к колесам, больше зависит даже не от характеристик двигателя. В большей степени зависимость здесь наблюдается от передаточных чисел трансмиссии. Так, чем выше передаточные числа, тем больший момент будет отдаваться на колеса при оборотах двигателя. Такая машина станет обладать более высокими динамическими характеристиками.

Где и как рождается момент?

Для того чтобы выяснить, откуда формируется такое явление, нужно вспомнить принцип работы ДВС. Не требуется рассматривать весь процесс, рассмотрим цилиндры.

Вначале цикла в полость цилиндра впрыскивается топливо. Затем поршень поднимается вверх, а смесь воздуха и топлива сжимается. После этого в дело вступает свеча зажигания. При помощи искры смесь воспламеняется, а затем расширяется. Поршень при этом опускается вниз и заставляет вращаться коленчатый вал.

Когда водитель жмет на педаль акселератора, то объем впрыскиваемой смеси увеличивается, поршень будет двигаться быстрее. Естественно, что и коленвал станет тоже вращаться на более высоких оборотах. Так появляется крутящий момент двигателя.

Что зависит от величины крутящего момента?

Максимальная скорость зависит от динамических характеристик. Если двигатель выдает лучшую динамику, то максимальной скорости он сможет достигнуть быстрее. На процесс ускорения влияет в большинстве лишь мощность. Это постоянная сила, она может регулироваться оборотами. Больше обороты – больше мощность. С какой скоростью машина будет набирать обороты, зависит от количества этих самых оборотов.

А вот та скорость, с которой агрегат наберет обороты, уже полностью зависит от крутящего момента. А сам крутящий момент двигателя зависит от количества оборотов.

Как считать эту величину?

В этих целях существует формула из курса физики. Это Мкр= F * L, где F – сила, с которой вращается коленчатый вал, а L – длина плеча.

Но выполнить точные расчеты по этой формуле довольно трудно. Сила вращения коленвала – штука непостоянная. Когда поршень направляется вниз, в цилиндре появляется свободное место, и сила, которая действует на поршень, теряет мощность.

Поэтому для того, чтобы рассчитать крутящий момент двигателя, формула дает лишь приблизительные значения. Момент проще определить по количеству оборотов двигателя. Но не думайте, что он будет постоянным вместе с оборотами. Эта сила склонна расти с ростом оборотов, а когда обороты достигнут пикового порога, крутящий момент спадает. Это можно легко заметить, если разогнать автомобиль.

Каждый водитель замечал, что на старте авто идет на разгон медленнее, однако через некоторое время скорость, с которой машина ускоряется, вырастает. Затем через время она снова снижается.

Мощность и момент

Мощность измеряют в лошадиных силах. Однако в большинстве среднестатистических авто вся мощность будет использована лишь на максимуме оборотов. В городе при 2000 об. двигатель сможет задействовать лишь половину «стада». В полную силу агрегат себя покажет лишь при обгоне на высоких оборотах. При этом чем больше растет момент, тем быстрее повышаются обороты. Здесь есть зависимость между моментом и длиной шатуна. Длиннее шатун – сильнее момент.

Когда двигатель отдает максимум мощности на 6000 об. , для ускорения требуется поднять обороты с 2000 об. На это требуется определенное время, которые очень важны при выполнении обгона. В случае мотора с высоким крутящим моментом максимум мощности может появиться уже на 2000 об.

К таким моторам можно причислить большинство с невысокими объемами. Также выше, чем у бензинового, крутящий момент дизельного двигателя, причем даже при меньшей мощности и низких оборотах.

Именно те, кто владеет подобными авто, пишут на форумах, что сила – далеко не в мощности, а в моменте.

Момент в 200 Нм при низких оборотах будет значительно лучше, чем тот же момент при 4000 об. Лучший вариант – это мотор, в котором на всем диапазоне оборотов значения момента будут практическими пиковыми. Но это стоит очень дорого.

Дизель или бензин?

Зная, что такое крутящий момент двигателя, можно сравнить бензиновые ДВС и дизельные. Так, момент в ДВС на бензине невелик, а достигнуть его можно на 3000 об. Однако такие моторы легко набирают максимальные обороты.

Дизельные моторы не любят высокие обороты, зачастую там максимум – 5000 об. Но момент дизелей значительно выше, и использовать его можно даже на холостом ходу.

Например, можно взять два 2-литровых агрегата. Первый – дизель в 140 лс. и 320 Нм момента и инжекторный мотор в 150 л.с. Номинальный крутящий момент двигателя составит 200 Нм. Даже без проведения испытаний видна разница в моменте при минимальном количестве оборотов.

Если испытать оба агрегата, то дизель уже на 1-4 тыс. об. покажет мощность выше на 40 л.с. Это серьезная разница.

Не нужно доверять высокой мощности. Момент также важен при выборе автомобиля. Высокий крутящий момент – это высокие динамические характеристики. Также высокий момент на низких оборотах экономит топливо.

К примеру, крутящий момент двигателей ВАЗа достигается уже на средних оборотах, и позволяет этим автомобилям уверенно чувствовать себя в условиях города.

Эластичность двигателей

Раз уж затронули тему крутящего момента, то нужно поговорить и об этой характеристике. Эластичность – возможность набора оборотов в нагруженном состоянии.

Это выражается, к примеру, в разгоне с 60 до 100 км на четвертой передаче. Иногда так случается, что современные технологичные двигатели с высоким моментом на небольших оборотах позволяет ощущать хорошую динамику в городе, а вот на трассе окажется хуже любого среднестатистического агрегата.

Как увеличить момент?

Если нужно улучшить динамику автомобиля, можно применить несколько способов. Это увеличение объема, установка наддува, а также изменения газодинамики.

Рабочий объем мотора можно увеличить заменой коленчатого вала с большим эксцентриком либо при помощи расточки цилиндров. Замена коленвала зачастую требует определенных затрат, и нужную модель очень трудно подобрать.

Гораздо выгоднее расточить цилиндры. Стенки вполне допускают такое мероприятие. При этом можно даже обойтись серийными поршнями. Однако не факт, что такая замена обойдется дешевле, нежели замена коленчатого вала.

Дополнительный наддув можно применить лишь там, где уже стоит турбина. Этот способ требует дополнительных изменений. Изменить наддув можно поднятием планки для стравливания давления. Также вместе с этим придется дополнительно усовершенствовать камеры сгорания, менять систему охлаждения, радиаторы, воздухозаборники.

Можно обойтись и менее радикальным чип-тюнингом. Так, при помощи перепрошивки электронного блока вполне реально легко и просто изменить множество важных параметров и характеристик автомобиля.

Электродвигатели

Мы живем в современном мире и все чаще наблюдаем рождение новых технологий. Так, все, кто интересуется автомобилями, знают компанию Tesla, которая выпускает электрокары. Фото их последней модели представлено ниже.

В качестве мотора там используется асинхронный электрический. А крутящий момент асинхронного двигателя в зависимости от модели составляет от 420 Нм до 600. Это огромные цифры. С такими техническими характеристиками имеющийся мотор может разогнать автомобиль до 100 километров в час за 6,5 секунды при минимальной комплектации.

Подводя итог

Итак, мы знаем, что такое крутящий момент двигателя внутреннего сгорания. Если мощность агрегатов помогает увеличить продажи автомобилей, то момент помогает машине двигаться вперед.

Но мощность и сила момента связаны. Мощность – это объем работы, а момент – это возможность двигателя такую работу выполнить. Это сопротивление, которое нужно преодолеть агрегату.

Вот что такое крутящий момент на самом деле. Это важная характеристика в паре с мощностью.

Крутящий момент двигателя это…

  Каждый, кто хоть раз созерцал информацию о технических характеристиках автомобиля, украдкой, но все же обращали внимание на строку – «Крутящий момент двигателя…». Многие задерживались на ней, пытаясь соизмерить насколько он велик или мал, и как это будет влиять на динамику, словно они сами уже давили на педаль акселератора в представляемом ими авто. Другие просто «проходили» мимо, словно строки этой и не было.
  Что же такое крутящий момент двигателя? На что он влияет? Вопросы более риторические, и не требующие ангажирования для большинства, но мы не стремимся пойти на поводу у многих, так как истина не всегда является приоритетной прерогативой для большинства. А раз это так, то все же попробуем разобрать этот частный вопрос – что же такое крутящий момент двигателя?

Определение крутящего момента (момент силы) пока без привязки к двигателю машины

  Прежде, чем перейти к комплексному понятию как кутящий момент двигателя попробуем разобраться с частным, а именно с тем, что такое крутящий момент или его синонимы: вращательный момент, вертящий момент, вращающий момент, момент силы. Здесь в принципе мы не будем забивать голову формулами и умными изречениями из википедий, попробуем справиться сами, объяснив все так, как понимаем и своими словами.

 Явление крутящего момента встречается нам ежедневно и повсеместно, просто мы не часто задумываемся об этом и в большинстве случаев знаем о нем уже не понаслышке, разве что формулируем это не в виде нудных изречений, а интуитивно, словно были уже рождены с этими знаниями. Так предположим наши обычные двери, коих мы открываем за день порой не один десяток. Вспомните, где находится ручка у дверей. Да, конечно, на противоположной стороне от петель. И ни у кого из нас не возникает мысли открыть дверь поближе к ним. Мы даже иногда пробовали или пробуем это сделать, но в итоге, все ощущают на себе, насколько все же тяжело манипулировать дверным полотном вблизи петель на которых они весят. Теперь давайте разберемся в сути процесса.  Здесь можно провести аналогию с редуктором, когда крутишь много, но легко или пару оборотов, но ой как тяжело. Так и с крутящим моментом. Он велик, когда перемещения незначительны, при этом крутящий момент гораздо меньше, если добавить плечо и поворачивать через него, по большему радиусу, то есть с большим перемещением.  Отношения плеча и силы здесь прямо пропорциональны, чем больше плечо, тем легче поворачивать, чем больше сила, тем меньшее надо плечо для поворота.
 Итак, вроде все понятно, если нет, то попробуйте прочитать сначала этот абзац и все же вдуматься в суть каждого предложения.  Теперь, хоть мы вам и обещали не приводить формул, но удержаться не возможно, мы все же напишем одну, основную …

M=F*L;

…где М – наш крутящий момент; F – сила прикладываемая к концу плеча,  L – та самая длина плеча, к которому прикладывается сила.

В принципе, из формулы еще раз видно, что для сохранения значения крутящего момента, в случае изменения одной из величин (сила или плечо), вторая должна возрасти или уменьшится аналогично.

Крутящий момент двигателя создается на коленчатов валу

 Итак, с дверьми мы разобрались, но как же наш двигатель. Здесь все аналогично. У двигателя (ДВС) есть коленчатый вал, что не является новостью. Именно на нем и расположен маховик, через который посредством сцепления крутящий момент передается на КПП.  Так вот, тот самый крутящий момент на коленчатом валу двигателя является очень важным техническим показателем для любой из машин. Если он слишком мал, то двигателю придется «крутить много» (об/мин), чтобы через редуктор — КПП, обеспечить крутящий момент, который в состоянии будет сдвинуть нашу машину.  Опять же при большом крутящем моменте, двигатель будет «крутить мало» (об/мин), чтобы также сдвинуть машину и обеспечить ту же скорость. Развивая нашу мысль можно представить следующее.

Если скажем к коленчатому валу двигателя приварить длинный стержень, для того чтобы удержать вал от вращения при работающем ДВС, то есть почувствовать силу крутящего момента. То в этом случае, в зависимости от крутящего момента силового агрегата, стержень на валу у двигателя с маленьким крутящим моментом будет короче, а с большим длинее. Вот в принципе и вся суть вопроса о крутящем моменте двигателя.

Крутящий момент двигателя для бензиновых и дизельных двигателей

Здесь хотелось бы сказать об одном удивительном обстоятельстве.  Кроме крутящего момента двигателя важно также и то, насколько он равномерно выдержан относительно частоты вращения коленчатого вала. Так у бензиновых двигателей пик крутящего момента двигателя появляется ближе к 5000-6500 обо/ мин, а вот у дизельных агрегатов он в максимуме уже на 2500-3000 об/мин. Такая особенность позволяет почувствовать намного лучшую приемистость машин с дизельным двигателем. Это очень важно при разгоне с места, а особенно при обгоне на трассе.

 Как вы поняли, значение крутящего момента будет различно от частоты вращения коленчатого вала. Так какую же характеристику крутящего момента мы видим в руководствах по эксплуатации, в технических характеристиках на сайтах с машинами? Ведь по сути, она изменяется во всем диапазоне частоты вращения коленчатого вала от 0 до максимального значения.

Какой крутящий момент нам предоставляют автопроизводители в характеристиках на машину?

 Здесь все банально как и всегда. Хочешь чем-то блеснуть перед другими, обязательно скажи о лучшем твоем результате. То же самое получается и с предоставленными характеристиками от автопроизводителей. Крутящий момент в технических характеристиках всегда пишется максимальный, пиковый. Больше этого крутящего момента машина просто не сможет выдать. А так как мы в предыдущем абзаце определились с тем, что крутящий момент и частота вращения коленчатого вала величины неразрывные, то максимальный крутящий момент всегда пишут вместе с той частотой, на которой он возникает.

В каком диапазоне частоты коленчатого вала должен быть максимальный крутящий момент двигателя?

 Наиболее правильный будет утверждение о том, что максимальный крутящий момент должен быть в «потребительском» диапазоне частота вращения двигателя. То есть в том, в каком диапазоне вращения коленчатого вала эксплуатируется машина.
 Наиболее востребованная частота для нас с вами, это порядка 1000-4000 оборотов. Именно с этой частоты мы стартуем, то есть включаем первую передачу, затем переключаемся на последующие и в итоге едем на последней. Очень редко обыватель использует частоту более 4000 об/мин, разве только в экстремальных случаях или если он «автогонщик».
 Из этого делаем вывод о том, что оптимальным будет тот вариант, когда максимальный крутящий момент двигателя находится в том же диапазоне 1000-4000 об/мин. Именно такой вариант и относится к дизельным двигателям, о чем мы уже упоминали выше.

 Итак, теперь вы не только будете знать, что собой представляет крутящий момент  двигателя, но и сможете кому-то поведать, насколько это важная характеристика.   Важность ее, прежде всего, в том, что двигатель работающий «без напряга», то есть с высоким крутящим моментом, может больше служить, от одного капитального ремонта до другого. Ведь он работает, что говорится «не на износ». Также в некоторых случая двигатель с большим объемом и большим крутящим моментом может оказаться более экономичным по топливу, так как меньшее количество оборотов и высокий крутящий момент на коленчатом валу будут более выигрышным вариантом, чем высокие обороты двигателя с меньшим объемом при меньшем крутящем моменте.  Часто такую аналогию мы можем наблюдать если сравнивать дизельный и бензиновый двигатель, особенно на низких оборотах. Подробнее о таких особенностях вы можете узнать из статьи «Какой двигатель лучше, бензиновый или дизельный».

Что такое крутящий момент двигателя?

Здравствуйте, уважаемые читатели блога! Работа двигателя в автомобиле измеряется множеством показателей, которые определяют его эффективность, экономичность и так далее. Об одном из них — степени сжатия мы вели разговор ранее. А вот, что такое крутящий момент, знают не многие автолюбители, хотя термин этот доводилось слышать каждому из нас. Предлагаю разобраться в этом вопросе более детально.

   Взаимосвязь оборотов и крутящего момента

Именно этот критерий позволяет оценить потенциал любого силового агрегата внутреннего сгорания. Вот по этой причине многие автолюбители задаются вопросом, как увеличить этот самый момент. Он напрямую связан со скоростью вращения вала, а дальше с помощью трансмиссии передается на ведущие колеса. Они развивают необходимую скорость, благодаря чему автомобиль может двигаться быстрее.

Узнать, какие обороты выдает Ваше авто, можно еще в техническом паспорте к нему. Многих интересуют предельные скорости, которые он способен выдать. Однако на практике сталкиваемся с таким фактом: до определенного скоростного показателя машина разгоняется уверенно и быстро, а затем двигатель словно «тяжелеет», мощность снижается, затем каждый новый набранный километр дается с большим трудом. То есть, свою максимальную мощь силовой агрегат отдавал при определенном количестве оборотов.

На этом этапе и подключается в работу крутящий момент, который измеряют ньютон-метрах, или сокращенно Нм. Чем больше будет такой показатель, тем быстрее движок сможет собирать необходимую мощность в лошадиных силах. Также тем быстрее он сможет набирать обороты, которые можно почувствовать, нажимая на педаль акселератора. Здесь можно обнаружить ответ на вопрос: почему авто, которое должно показывать высокие обороты, не отличается резвостью и динамикой, какая может прослеживаться зависимость?

   Основные показатели работы мотора

После того, как мотор разгонится до определенного числа оборотов, включается так называемый «максимальный крутящий момент». Водителю остается добавить газу, чтобы убедиться в значительном ускорении своего автомобиля. Вот тут и прослеживается основная связь: чем более высоким будет крутящий момент, и чем меньше при этом будет количество оборотов, тем более «резвым» будет Ваш стальной конь.

Казалось бы, что этот показатель должен быть связан напрямую с мощностью и больше ни с чем. Однако, помимо нее, есть еще понятие «эластичности» двигателя — оно представляет собой соотношение между мощностью, общим числом оборотов и их количеством во время максимального значения ньютон-метров. Движок с хорошей эластичностью дает возможность водителю легко набирать и снижать скорость одной лишь педалью газа, без переключения передачи. Даже на высоких передачах он хорошо себя чувствует при движении с небольшой скоростью.

   Практическая ценность Нм двигателя Вашего авто

Понимая, как вырабатывается крутящий момент на валу мотора, можно использовать эти характеристики в ходе эксплуатации, то есть, на практике. Они позволяют изменить фазы газораспределения, отрегулировать электронный впрыск, применять или не применять турбо наддув и т.д. В дальнейшем это дает возможность не менять скорость движения транспортного средства, но сохранять прежнюю силу тяги на ведущих колесах машины. Эти действия можно выполнить без переключения коробки передач — вот об этом идет речь, когда говорят об «эластичности» силового агрегата внутреннего сгорания.

Водитель может замерить этот показатель на своем автомобиле. Для этого ему нужно двигаться на 4‑й передаче на скорости 60 км/час. Теперь он должен попробовать разогнать машину до 100 км за счет нажатия одной лишь педали акселератора. Чем меньше у него это отнимет времени, тем более эластичным можно считать двигатель. В данном случае число оборотов в минуту уже не имеет такого значения, а важно, какую практическую ценность они представляют при разгоне.

Именно такими характеристиками славятся силовые агрегаты, производимые ведущими европейскими автозаводами. У них прекрасная эластичность, которая и обеспечивает ту знаменитую динамику при разгонах, которую давно оценили наши водители. Особенно хорошо проявили себя немецкие автомобили: БМВ, Ауди, Мерседес. Выдаваемый ими крутящий момент дарит наслаждение не только при движении на загородных трассах, но и в условиях забитых городских улиц и пробок, когда оперативный разгон помогает вовремя добраться до места назначения.

На этом будем завершать сегодняшнюю дискуссию. Теперь, я надеюсь, Вы больше знаете о крутящем моменте, который способен вырабатывать бензиновый или дизель-мотор. Заходите почаще на мой блог, чтобы всегда быть в курсе интересных и полезных новостей из области автотематики. На сегодня всем пока, и до новых встреч!

С уважением, автор блога Андрей Кульпанов

Место для контестной рекламы

Автор:Admin

Действительно ли крутящий момент важнее мощности

Крутящий момент более важен, чем лошадиные силы.

 

На что только не идут автопроизводители, пытаясь заставить нас приобретать свою продукцию. Один из примеров маркетинговых хитростей, это информация о мощности автомобиля, которая традиционно выражается в лошадиных силах. Откройте любую брошюру в автосалоне, или описание того или иного транспортного средства на официальном сайте автопроизводителя, и вы сразу увидите мощность машины. И, как правило, эта информация всегда выносится маркетологами на первый план.

 

Таким образом, нас за долгие годы приучили, что чем больше лошадиных сил (л.с.), тем лучше. Но на самом деле мощность автомобиля не играет главной роли в его характере. Пришло время развеять все мифы, которые создали автопроизводители. Давайте наконец узнаем окончательно, что важней лошадиная сила (л.с.) или крутящий момент (НМ)?

 

Давайте для начала поймем, что же это за такой критерий оценки характеристики, который работает по принципу «чем больше, тем лучше». Такое сравнение вещей пришло к нам еще с ранней истории человечества. Подобное сравнение, например, использовалось в древние времена, когда основной деятельностью человека являлась охота. То есть в те далекие времена люди считали, чем больше добыча или любая другая пища, тем она лучше. С тех пор эта привычка отпечаталась в нашем подсознании так глубоко, что в современном мире люди, до сих пор, приобретая что-то новое, хотят купить все самое большое.

 

К примеру, многие из вас горят желанием приобрести фотоаппарат или видео камеру с самым большим количеством мегапикселей, хотя в этом нет смысла. Или мы мечтаем купить самый мощный смартфон, большинство функций которого нам не нужны.

 

То же самое касается коробки передач и двигателя. Ведь многие мечтают купить автомобиля с максимальным количеством цилиндров и количеством передач в трансмиссии, считая, что с такими агрегатами транспортное средство будет лучшим во всем. 

 

То же самое касается и показателя мощности автомобиля, которая выражается традиционно в лошадиных силах. 90 процентов людей при ознакомлении с автомобилем почти всегда в первую очередь интересуются его мощностью. Дело в том, что все мы знаем, что мощность вносит свой вклад в динамику ускорения, влияет на максимальную скорость и на многие другие показатели автомобиля. В итоге автопроизводители стараются делать акцент именно на этот показатель в своей продукции, заставляя нас думать, что лошадиные силы это самое главное в автомобиле. 

 

На что только не идут автомобильные компании, чтобы убедить нас, что именно мощность важна в любом автомобиле. Вы обратили внимание что, как правило, чем больше лошадиных сил, тем дороже стоит машина? Самое удивительное, что часто одна эта же модель с одним и тем же двигателем, за счет разницы в мощности стоит значительно дороже. Хотя на деле мощность была увеличена лишь только за счет другого программного обеспечения работы двигателя и впрыска топлива. Фактически переплатив за более мощный автомобиль, мы часто получаем ту же машину, за исключением показателя лошадиных сил. 

 

Так почему же многие автомобили, представленные на авторынке, имеющие фактические одинаковые силовые агрегаты и одинаковую мощность, ведут себя на дороге по-разному? Вы когда-нибудь задумывались над этим? Действительно, если вы протестируете несколько схожих по характеристикам автомобилей с одинаковым количеством лошадиных сил, вы почти всегда заметите разницу в мощности. Не редко когда автомобиль, например, с мощностью 75 л.с. ведет себя гораздо уверенней на дороге, чем скажем, машина мощностью 110 л.с. И это, несмотря на то, что оба автомобиля могут иметь одинаковый вес, размеры и т.п. О чем это говорит? Конечно, о том, что мощность это не главный показатель в характеристиках транспортных средств. 

 

График по оси Y указан в киловаттах (кВт)

 

Перед тем как продолжить наш подробный рассказ, мы должны отметить важный момент. В нашей статье не идет речь о мощных дорогих суперкарах, двигатели которых имеют большую мощность даже на холостом ходу, что позволяет за рулем этих автомобилей в мгновение ока оказаться на орбите земли, как только вы слегка прикоснетесь к педали газа. Сегодня речь об обычных автомобилях, которыми пользуются большинство людей во всем мире для ежедневных поездок. Именно в этой категории автомобилей разница от 10 до 15 л.с. считается значительной и ощутимой для динамики машины.  

 

И так давайте представим, что вы собрались приобретать новый автомобиль, с которым не знакомы и не имеете опыта его вождения. Как вы перед покупкой узнаете характер двигателя автомобиля?

 

Определенно вы не должны смотреть на его показатель мощности, выраженный в лошадиных силах, который указывается в рекламных брошюрах автосалона. Помните, что этот показатель конечно не бесполезен, но, тем не менее, количество лошадиных сил в двигателе, этот лишь один из факторов который влияет на конечную мощность и динамику машины. 

 

Во-первых, как правило, автопроизводители в рекламных материалах к любому автомобилю указывают пиковое значение мощности, доступное в определенном диапазоне оборотов двигателя. То есть количество лошадиных сил означает общий потенциал двигателя. Производитель, указывая в технических характеристиках мощность, имеют в виду, что эта мощность доступна только при определенных оборотах силового агрегата, а также при условии, что педаль газа нажата в пол.  

 

Смотрите также: Что важнее, крутящий момент или лошадиные силы

 

Давайте посмотрим на типичный 1,6 литровый рядный четырехцилиндровый бензиновый двигатель (в данном случае не имеет значение, какой он марки и кто его произвёл).

Этот двигатель имеет мощность в 110 л.с., которые согласно техническим характеристикам, доступны при 5800 оборотах двигателя в минуту. Заметьте что это количество оборотов двигателя уже близко к критичному значению, перейдя за рамки которого двигатель выйдет из строя (как правило, в двигателях объемом 1,6 литра красная зона оборотов двигателя расположена около 6,000-6,500 об/мин). 

 

О чем это говорит? О том, что для того чтобы выжать из машины все 110 л.с. вам необходимо будет раскрутить двигатель как минимум до 5800 об/мин. На практике эти обороты вам будут доступны только при максимальном обгоне на дороге или если разогнаться на скоростном шоссе, выше максимально разрешенной.

Но даже если вы раскрутите машину до указанных оборотов двигателя, для того чтобы получить максимальную мощность, вам будет не комфортно в салоне, поскольку ваш 1,6 литровый мотор будет издавать очень громкий шум и неприятный рев, даже если ваша машина имеет качественную шумоизоляцию.

 

То есть, фактически, раскручивая машину до максимальных оборотов, вы заставите двигатель работать на пределе. Вот пример графика замера мощности 1,6 литрового четырехцилиндрового не турбированного бензинового двигателя при определенных оборотах силового агрегата:

 

График по оси Y указан в киловаттах (кВт)

 

Да, двигатель на низких оборотах звучит более менее нормально. Но в маломощных моторах, на низких оборотах не доступно большое количество лошадиных сил. Например, на примере вышеуказанного графика, при 1500 оборотах двигателя в минуту доступно только 26 л.с., при 2000 об/мин только 38 л.с. и при 3000 об/мин только лишь 61 л.с. Что это означает на примере 1,6 литрового четырехцилиндрового не турбированного мотора?

 

По сути, если вы используете машину в городе, то это означает, что в большинстве случаев вы управляете машиной мощностью не более 70-80 л.с., поскольку, как правило, при эксплуатации машины в городе обороты двигателя не превышают более 3000-3500 об/мин. А судя по графику при таких оборотах двигателя ждать от машиной большой мощности не стоит. 

 

Теперь давайте возьмем для примера другой более маленький двигатель. Например, бензиновый двигатель объемом 1,2 литра с турбиной. Теоретически силовой агрегат имеет мощность в 105 л.с. Этот мотор по сравнению с 1,6 литровым не турбированным чувствует себя намного более живым и динамичным для повседневной езды в городе.

 

Например, при 1500 оборотах двигателя в минуту 1,2 литровый мотор выдает мощность в 38 л.с., при 2000 об/мин уже 51 л.с., а при 3000 об/мин силовой агрегат может выдавать мощность в 74 л.с.

Видите разницу между мощностью двух двигателей? И это с условием сравнения обычного мотора объемом 1,6 литра и маленького 1,2 литра. Удивительно, не правда ли?

 

График по оси Y указан в киловаттах (кВт)

 

Вы заметили, что на наших графиках есть не только показатель мощности и оборотов двигателя? На всех графиках есть еще один показатель — крутящий момент, который обязательно должен присутствовать для замера мощности и возможностей двигателя. Без этого показателя вы никогда не сможете узнать о характере и потенциале силового агрегата той или иной машины. 

 

Для того чтобы понимать такие графики не надо быть ученым и специалистом. Здесь все просто. Вот что вы должны знать, чтобы уметь интерпретировать подобные графики. 

 

На горизонтальной оси (Х) указаны обороты двигателя (которые увеличиваются слева направо). По вертикальной оси (Y) слева обозначение мощности. Справа сила крутящего момента двигателя. 

Как видите в итоге с помощью замеров специальным оборудованием можно увидеть, на что способен любой двигатель. Дело в том, что замеряя как работает двигатель, специальное оборудование строит график изменения мощности и крутящего момента двигателя по мере повышения оборотов работы мотора. 

 

На графике можно увидеть, как взаимосвязаны показатели лошадиных сил и крутящего момента между собой. Диаграмма замера крутящего момента дает вам более полное представление о характере двигателя автомобиля. График также дает вам визуальное представление, в каком диапазоне ваш двигатель является достаточно мощным, а в каком он слабее. 

 

Правда с научной точки зрения, если вы хотите более подробнее узнать на что способен ваш автомобиля, то помимо исследования мощности и крутящего момента необходимо также сопоставлять замеры с текущей передачей, включенной на трансмиссии. Дело в том, что любой крутящий момент доступный в автомобиле, передается в итоге на колеса. Но правда крутящий момент проходит через коробку и передач и ряд других элементов автомобиля. В итоге, как правило, крутящий момент теряется из-за силы трения деталей.

 

В среднем этот показатель составляет около 2-3%. То есть сила крутящего момента падает от двух до трех процентов в момент ее передачи на колеса. Количество теряемой силы, конечно, зависит от того какая передача включена на коробке передач и от его конструкции и типа используемого масла.

 

Если вы хотите узнать истинный характер и способности вашего двигателя посмотрите на кривую крутящего момента на графике. Если кривая крутящего момента начинается слишком низко и достигает максимальной силы в середине диапазона оборотов двигателя, то автомобиль не будет тянуть на низких оборотах.

Это означает, что для увеличения скорости, чтобы машина начала ехать быстрее, двигателю будет не хватать силы это сделать быстро. Если же линия крутящего момента начинается на графике достаточно высоко на маленьких оборотах двигателя, то это означает что в вашей машине доступен большой крутящий момент на низких оборотах мотора. В этом случае на низких оборотах автомобиль будет быстро разгоняться, не напрягаясь.

 

Большой крутящий момент, доступный на низких оборотах двигателя, правда еще не говорит о том, что ваш автомобиль будет использовать всю силу для разгона или обгона. Помните, что динамика машины определяется не только графиком крутящего момента, но, а также зависит от передаточных чисел коробки передач. 

Как правило, автопроизводители оснащают маломощные автомобили трансмиссиями с короткими соотношениями передач. В таких автомобилях вы должны чаще переключать коробку для максимально быстрого разгона. Таким образом, автомобильные компании компенсируют маломощность моторов, заставляя машину разгоняться немного быстрее на более низких оборотах двигателя, где, как правило, не хватает мощности и крутящего момента. 

 

Смотрите также: Автомобили с самым большим крутящим моментом в мире

 

В этом отношении идеальны дизельные двигатели, в сочетании с трансмиссиями с короткими передачами. Дело в том, что дизельные моторы отличаются хорошим показателями максимального крутящего момента на низких оборотах двигателя. Благодаря этому дизельные автомобили легче преобразуют энергетический потенциал в максимальную динамику на дороге на низких оборотах. 

 

 

Если вы знаете передаточные отношения трансмиссии автомобиля и технические характеристики двигателя (крутящий момент, мощность и т.п.) вы можете получить довольно хорошее представление о фактической движущейся силе, которая передается на колеса автомобиля. Правда, для этого необходимы более сложные вычисления, чем простой обзор графика, на котором изображено соотношение мощности, крутящего момента к оборотам двигателя. Как правило, более сложные показатели крутящего момента доступного на ведущих колесах автомобиля вычисляются инженерами, которые умеют более точно отвечать на вопрос, какой на самом деле реальный крутящий момент доступен в том или ином автомобиле. 

 

К сожалению графики автопроизводителей, не расскажут вам всю правду о потенциале автомобиля, который вас интересует. Ведь все официальные графики построены при условии максимальной нагрузки на двигатель. Так что вы не узнаете, какой потенциал машины при половине используемой мощности двигателя. 

 

Также есть еще немало факторов, которые влияют на реальную динамику машины на дороге. Например, помимо мощности и крутящего момента не маловажную роль играет отзывчивость педали газа. Ведь не секрет, что между нажатием педали газа и реагированием двигателя есть определенная задержка. Именно длина задержки и влияет на отзывчивость педали газа в современных автомобилях.

 

К сожалению, многие современные транспортные средства имеют отвратительный показатель отзывчивости педали газа. Все это связано с современной электроникой, которой напичканы все автомобили нашего времени. Электроника, как правило, применяется, для того чтобы снизить уровень выхлопных газов в процессе работы двигателя внутреннего сгорания.

 

Так к в мире постоянно ужесточаются экологические нормы, автопроизводители вынуждены подстраиваться к экологическим требованиям, производя автомобили, оснащенные различными электронными системами, отвечающими за экологичность. Это в конечном итоге влияет на их надежность, качество и динамичность.

 

К сожалению, все автопроизводители стараются скрыть от нас полные технические характеристики автомобилей, демонстрируя нам лишь только часть данных о машине. Тем не менее, в сети вы найдете немало графиков с замерами крутящего момента и мощности множества автомобилей. Если учесть что количество двигателей в мире существенно меньше количества моделей автомобилей, то вам не составит большого труда узнать реальный потенциал практического любого современного автомобиля, который вы собираетесь приобрести или уже купили. 

 

Так что перед принятием решения о покупке определенной модели автомобиля обязательно посмотрите график исследования мощности и крутящего момента двигателя машины, сопоставив данные друг с другом. Также перед покупкой обязательно закажите длительный тест-драйв машины.

 

Ни в коем случае не довольствуйтесь коротким тест-драйвом в течение 15-30 минут. 

Ваша задача протестовать машину в течение как минимум 12 часов, для того чтобы понять, на что способен автомобиль. За это время вы реально сможете узнать фактически все плюсы и минусы модели. Протестировав автомобиля в том режиме и на тех дорогах, где вы чаще всего будете его эксплуатировать, вы поймете, стоит ли вам тратить деньги именно на это транспортное средство.  

 

Так что если технические характеристики автомобиля вам подходят и графики крутящего момента и мощности вас также устраивают, но при тестировании машины на реальной дороге вы начинаете понимать, что вам не нравится что-либо (например, динамика автомобиля или рычащий неприятный звук двигателя), то советуем вам выбрать другую модель или марку.

 

Ни в коем случае не приобретайте автомобиль, который вам не нравится в душе. Помните, что транспортное средство приобретается надолго, и вряд вы стоит покупать машину, которая будет портить вам настроение и расстраивать. Ведь настроение за рулем это залог вашей безопасности. 

 

И конечно ни в коем случае не смотрите только на мощность, считая, что это самое главное в автомобиле. Также помните, что большой крутящий момент еще не означает, что машина будет иметь динамичный характер. Все зависит от того, на каком диапазоне работы двигателя доступны эти показатели. Также помните, что конечная мощность и крутящий момент, которые поступают на колеса, существенно отличаются, от заявленных в технических характеристиках.

 

Не забывайте, что сила трения в коробке передач, и в других элементах автомобиля, через которые проходит крутящий момент, существенно его снижают. 

Крутящий момент двигателя автомобиля – откуда берётся и что означает

Мало кто может в полной мере рассказать о том, что представляет собой крутящий момент силового агрегата. Редко кто из автолюбителей при покупке автомобиля обращает внимание на такой параметр. Многим достаточно узнать о количестве «лошадок» под капотом и числе ступеней в коробке переключения передач.

Однако, этот параметр является одним из самых важных для автомобиля. Мощность, максимальная скорость, ускорение, напрямую зависит не только от количества «лошадок», спрятанных под капотом, но и от того какой крутящий диапазон может развить ваш «стальной конь». Например, в гонках «Формулы-1» недостаток этого параметра вполне может стоить пилоту победы.

Вы когда-нибудь спрашивали себя о том, почему вы переключаете передачи при достижении стрелки тахометра в четыре тысячи оборотов в минуту? Задавали себе вопрос о том, почему при подъёме в гору необходимо понижать передачу для сохранения скорости движения автомобиля? Всё это необходимо для поддержания оптимального крутящего пика, так как если он упадёт до критического минимума, то автомобиль попросту заглохнет.

Зарождение крутящего момента

Итак, для того чтобы узнать, откуда всё-таки берётся это явление, нам, прежде всего, необходимо будет понять сам принцип работы двигателя внутреннего сгорания. Весь процесс рассматривать не будем, так как для подобного параметра нам понадобится только то, что происходит в цилиндрах двигателя.

Сначала в цилиндр впрыскивается топливо-воздушная смесь (бензин либо дизельное топливо, смешанное с воздухом), воздух необходим для дальнейшего возгорания топливной жидкости в цилиндре. После чего поршень, находящийся внизу цилиндра, поднимается вверх, тем самым сжимая поступившую порцию топливо-воздушной смеси до максимально возможного предела.

Далее, в процесс работы подключается свеча зажигания. Подавая искру в цилиндр, свеча зажигает сжатую в нём поршнем топливо-воздушную смесь. В результате этих действий загоревшаяся смесь мгновенно нагревает остатки воздуха и само топливо. Из-за высокой температуры сжатая смесь резко расширяется, тем самым заставляя поршень вновь смещаться вниз по цилиндру.

Поршень, спускаясь в обратном направлении, используя при этом шатун и его шейку, заставляет вращаться коленчатый вал. Это и является проявлением этого эффекта в двигателе внутреннего сгорания. За один полный цикл (вверх и вниз) поршень заставляет коленчатый вал совершить один полный оборот вокруг своей оси.

Нажимая на педаль газа, вы увеличиваете объём одной порции топливо-воздушной смеси, подаваемой в цилиндр, тем самым заставляя поршень двигаться быстрее, который, в свою очередь, увеличивает скорость вращения коленчатого вала. Вот таким образом повышаются обороты и, соответственно, крутящий момент двигателя.

На что влияет этот параметр силового агрегата

Давайте, прежде всего, определим, что и отчего зависит в работе силового агрегата. Начнём с максимальной скорости автомобиля.

Максимальная скорость напрямую зависит от быстроты разгона машины. Чем быстрее автомобиль ускоряется, тем быстрее он достигнет своей максимально допустимой скорости. На ускорение, в свою очередь, влияет мощность силового агрегата. Мощность машины − сила непостоянная и она регулируется количеством оборотов двигателя, чем выше обороты, тем выше будет мощность в этот отрезок времени. То с какой скоростью автомобиль будет увеличивать обороты напрямую зависит от количества вращений на этот промежуток времени. А вот скорость набираемых оборотов, в свою очередь, уже напрямую зависит от крутящего момента. Ну а крутящий момент автомобиля имеет прямую зависимость от количества вращений, силового агрегата на этот промежуток времени.

Из всего этого мы видим, что явление описываемого нами параметра влияет на скорость разгона автомобиля, так как ускорение зависимо от мощности силового агрегата, а для того, чтобы быстро набрать полную мощность машине, требуется максимальный пик описываемого нами явления. Именно от этого явления зависит то, за какой промежуток времени ваш «стальной друг» разгонится от нуля до ста километров в час. Вот такой замкнутый круг получается в работе двигателя.

Как рассчитать крутящий момент

Крутящий момент на примере работы двигателя

В физике расчёт крутящего момента производится по формуле:

M = F x R

F – это постоянно действующая сила, а R – плечо, к которому и приложена эта сила.

Но точно измерить наше явление в автомобиле по такой формуле невозможно из-за того, что сила, заставляющая поршень спускаться вниз по цилиндру, непостоянна. При движении поршня вниз в цилиндре увеличивается свободное место, в результате чего сила, воздействующая на поршень, теряет свою мощность вплоть до полного исчезновения. Также не обходится и без системы охлаждения цилиндров, от действия которой топливо-воздушная смесь быстро охлаждается и прекращает своё дальнейшее расширение. Трение поршня о стенки цилиндра тоже играет свою роль в его замедлении.

Поэтому этот параметр не рассчитывается в двигателях внутреннего сгорания, а определяется по количеству оборотов. Но не стоит думать, что крутящий момент будет постоянно расти вместе с увеличением оборотов. Этот параметр начинает постепенно увеличиваться и достигает своего максимально возможного пика при трёх, четырёх тысячах оборотов в минуту, а максимально допустимое число оборотов при этом может составлять от семи до восьми тысяч. Что же будет с моментом, когда число оборотов превысит четыре тысячи? Начнётся постепенное снижение этого параметра. Это можно увидеть на примере разгона автомобиля.

Многие замечали такой факт, что при старте машина разгоняется медленнее, но через небольшой промежуток времени скорость ускорения увеличивается, а затем снова начинает постепенно снижаться. Это, собственно, и является наглядным примером того, как работает крутящий момент двигателя.

Итак, теперь вы в полной мере знакомы с таким параметром, как крутящий момент. Зная самое важное по этой теме, вы легко станете первоклассным водителем и сможете совершать стремительные обгоны более медленных участников дорожного движения, автомобиль в ваших руках станет намного резвее. Вы будете приятно удивлены тем, какой потенциал скрывал в себе ваш «стальной конь».

Мощность и крутящий момент

Пользуясь случаем хотелось бы пролить свет на вечные споры о мощности и крутящем моменте двигателей внутреннего сгорания. Одни считают главным показателем максимальную мощность мотора, другие ставят во главу угла крутящий момент. Встречаются люди, которые считают, что 100 «дизельных» л.с. соответствуют примерно 140 «бензиновым» л.с. Также бытует мнение, что VW Golf TDI c 330 Нм крутящего момента будет ускоряться лучше, чем Porsche 911 с 320 Нм.

Пользуясь случаем хотелось бы пролить свет на вечные споры о мощности и крутящем моменте двигателей внутреннего сгорания. Одни считают главным показателем максимальную мощность мотора, другие ставят во главу угла крутящий момент. Встречаются люди, которые считают, что 100 «дизельных» л.с. соответствуют примерно 140 «бензиновым» л.с. Также бытует мнение, что VW Golf TDI c 330 Нм крутящего момента будет ускоряться лучше, чем Porsche 911 с 320 Нм.

Очевидно, что эти утверждения не соответствуют действительности.

Определения и разъяснения:

Крутящий момент:

Крутящий момент двигателя прилагается к коленчатому валу двигателя или к первичному валу коробки передач. Крутящий момент изменяется в зависимости от частоты вращения двигателя. Крутящий момент на колесах зависит от передаточного отношения трансмиссии.

Крутящий момент на колесах:

Это преобразованный трансмиссией крутящий момент двигателя.

Мощность двигателя непосредственно взаимосвязана с крутящим моментом двигателя, а именно, через соотношение P=M*n/9550, где М- крутящий момент двигателя. Единица измерения 1 Н*м, n – частота вращения двигателя в об/мин.

Диаграммы крутящего момента достаточно, чтобы просчитать кривую мощности (и наоборот).

Возьмем два двигателя. У обоих максимальный крутящий момент 200 Нм при 4000 об/мин и мощность 147 л. с. при 6000 об/мин. Несмотря на то, что основные данные этих двух моторов одинаковы, они все же отличаются по динамическим характеристикам. Диапазон крутящего момента и мощности первого двигателя лучше чем у второго. Предположим, что переключение передач происходит при 6500 об/мин и обороты двигателя на следующей, более высокой передаче опускаются до 4300 об/мин. Первый двигатель имеет до точки при 6000 об/мин непрерывно больший крутящий момент и мощность. Таким образом, первый автомобиль будет ускоряться лучше. Это показывает, что основные данные двигателя дают только частичную информацию.

Так что мы теперь знаем о «крутящем моменте» и «мощности двигателя»? На самом деле сравнительно мало. Поскольку трансмиссия и ее передаточное отношение играю существенную роль в движении автомобиля. Старые американские автомобили были оборудованы 2-3 ступенчатыми коробками передач, и несмотря на значительные мощности двигателей, разгонялись они достаточно скромно, т.к. падение оборотов при переключении передач было слишком большим. Как грубое сравнение можно привести Mercedes S-Klasse. Он оборудован 7-ступенчатым автоматом, который позволяет полностью использовать имеющуюся в распоряжении мощность двигателя.

Почему это так?

Все мы знаем, что ускоряется автомобиль лучше в определенной области оборотов двигателя. Оптимально, когда обороты двигателя постоянно находятся в этом диапазоне. Но это возможно лишь на немногих автомобилях оборудованных CVT (безступенчатыми трансмиссиями).

Чем больше передач имеется в распоряжении, тем меньше становится скачок оборотов и тем ближе мы становимся к оптимальному числу оборотов двигателя между переключениями. Усилие на ведущих колесах, это то, что приводит автомобиль в движение. Это сила, приложенная по касательной к окружности колеса. Она несет в себе всю информацию (Крутящий момент, передаточное отношение трансмиссии, размер колес) и направлена противоположно силе сопротивления движению и силе инерции.

Когда нужно переключаться?

Оптимальная точка переключения достигается тогда, когда на следующей высшей передаче имеется большее усилие на ведущих колесах чем на актуальной передаче. Чтобы найти оптимальную точку переключения, необходимо воспользоваться кривой крутящего момента. Диаграмма тягового усилия на ведущих колесах зависит от передаточного отношения трансмиссии и размера установленных шин. Как только пересекутся кривые отдельных передач, нужно переключиться на следующую передачу, чтобы достичь лучшего ускорения. Если же кривые не пересекаются, тогда следует выкручивать двигатель до ограничителя. Далее отображены диаграммы тягового усилия на ведущих колесах, чтобы можно было прочувствовать теорию в деле.

Влияние передаточного отношения

Турбодизель достигает очень высоких значений крутящего момента при низких оборотах двигателя.

Но это только цифры, по которым можно судить о том, как автомобиль будет ускоряться и по ним нельзя делать окончательные выводы. Почему? Потому что дизелю нужно значительно дольше переключаться, чтобы достичь одинаковую с бензином скорость(т.к. число оборотов дизеля существенно ниже чем у бензинового двигателя). Это приводит к тому, что бензиновый двигатель свой низкий крутящий момент преобразует значительно лучше за счет коротких передач, чем дизель с длинными передачами.

Турбодизель против высокооборотистого атмосферного двигателя.

Несмотря на длинные передаточные отношения дизель как правило имеет лучшую тяговитость при низких оборотах. Наглядно это отображено на диаграмме сравнения BMW М3 3.2 л двигателя и BMW 535d. Несмотря на гигантский крутящий момент дизеля (520Нм), бензиновый двигатель (365Нм) в очень широком диапазоне оборотов двигателя имеет значительно большее тяговое усилие на ведущих колесах. Так что этот бензиновый двигатель (вопреки многим мнениям) может ездить с редкими переключениями, иногда даже ленивее чем 535d (на шестой передаче тяговое усилие на колесах стабильно выше чем у 535d, независимо при каких оборотах и какой скорости). Но можно говорить о том, что большая часть турбированных двигателей имеет лучшую приемистость (на низких оборотах) чем атмосферные двигатели. Так что предпочитаете ли вы двигатели имеющие «подрыв» на низких скоростях, или те, которые выдают тягу плавно, это остается делом вкуса.

Турбодизель против турбобензина

Сравним BMW E90 335i с 306 л.с. и 400 Нм и BMW E90 335d с 286 л.с. и 560 Нм. На низших передачах в среднем диапазоне оборотов тяга на колесах дизеля существенно выше, чем у бензинового двигателя. При высоких оборотах бензин свою мощность отыгрывает. На 6-й передаче бензин имеет стабильно большее усилие на колесах чем дизель.

Диаграмма тягового усилия BMW E90 335i и E90 335d

Дизель или бензин как тягач

Широко распространено мнение, что дизельный двигатель из-за его высокого крутящего момента лучше подходит для буксировки. Тем не менее из-за огромного скачка в развитии бензиновых двигателей это не совсем верно. Современные бензиновые двигатели все чаще оснащаются турбонагнетателями, которые могут создавать достаточное давление наддува при низких оборотах, и следовательно достигать высокого крутящего момента. Сравним двигатели 1.4 TSI (170 л.с., 240 Нм) и 2.0TDI (170 л.с., 350 Нм) в VW Golf5.

За основу взят 5% уклон, коэффициент лобового сопротивления 0.7, площадь лобового сопротивления 5.87 м2 и общая масса 3250 кг. 1-я передача для лучшего рассмотрения исключена.

Все режимы выше голубой линии возможны с вышеназванными условиями. Все режимы ниже голубой линии ведут к снижению скорости и в конечном счете к переходу на низшую передачу. Можно увидеть, что дизель может использовать первые четыре передачи, TSI – первые пять. Максимально допустимые скорости следующие:

TDI:

68 км/ч на второй передаче (в ограничителе оборотов)

104 км/ч на третьей передаче (вблизи ограничителя оборотов около 4400 об/мин)

TSI:

99 км/ч на второй передаче (вблизи ограничителя оборотов около 7000 об/мин)

106 км/ч на третьей передаче (при около 5500 об/мин)

90 км/ч на четвертой передаче (при около 3500 об/мин)

65 км/ч на пятой передаче (при около 2300 об/мин)

В целом TSI гораздо лучше подходит для движения с прицепом. Единственным недостатком может быть значительный рост расхода топлива у бензина.

Как выглядит диаграмма тягового усилия авто со ступенчатыми коробками передач мы уже знаем.

Для полноты картины следует отметить бесступенчатую трансмиссию Audi «Multitronic».

Рассмотрим кратко, так как эта трансмиссия имеет призрачные шансы на существование. Это безступенчатая трансмиссия с различными профилями вождения. Спортивно настроенный водитель использует голубую линию для максимального ускорения, с высокими оборотами и большим расходом. Средний водитель будет использовать более низкие обороты. А значит тяга на колесах будет не так высока как в спорт режиме. Соответственно автомобиль ускоряется медленнее. CVT, как уже говорилось ранее, превосходное решение. Теоретически она позволяет получить максимальную производительность. На практике все выглядит по другому. Авто с Мультитроником ускоряются хуже, чем авто с МКПП. Потери в трансмиссии слишком велики и перекрывают все преимущества.

А что же насчет двигателей грузовиков и коммерческих автомобилей?

Глядя на кривые мощности и крутящего момента грузовиков можно быстро обнаружить существенные отличия от легковых автомобилей. В то время как на двигателях легковых авто целью является как можно более равномерное и высокое значение крутящего момента, двигателям грузовиков необходим пик крутящего момента. Покажем качественные отличия грузовых и легковых турбодизелей:

Почему так?

Области применения полностью различны. Легковому автомобилю необходимо достичь максимального ускорения и как можно более высокой максимальной скорости. В тоже время необходимо принять во внимание тот факт, что эти двигатели практически постоянно используются в режимах частичной нагрузки. Грузовые же двигатели (в качестве простого примера возьмем двигатели бульдозера или трактора) обычно используются на максимальной нагрузке. Максимальные крутящие момент и мощность ему необходимы при низких оборотах, а также как можно большее нарастание крутящего момента. Почему не падение а именно нарастание крутящего момента станет ясно в следующем абзаце.

Цель этого нарастания величины крутящего момента может быть хорошо объяснена на примере бульдозера. Насыпь земли перед ковшом бульдозера всегда большая, поэтому возникает необходимость увеличить мощность, чтобы продвинуть насыпь дальше. При этой нагрузке частота вращения двигателя падает и вместе с тем падает скорость сдвига. Снижение числа оборотов двигателя благодаря типичной для грузовых транспортных средств кривой крутящего момента ведет к росту крутящего момента и мощности двигателя (смотри график). Таким образом в некоторой степени предотвращается дальнейшее падение оборотов и скорости сдвига – чем сильнее падение числа оборотов, тем больше мощности отдает двигатель. В переносном смысле можно сказать: кривая крутящего момента таких двигателей позволяет независимо от нагрузки относительно сохранять необходимую скорость. Такие моторы имеют «иммунитет» против увеличения нагрузки и становятся ненамного медленнее при ее увеличении. Но все же почему «нарастание крутящего момента» а не «падение»? Теперь нужно смотреть на график в направлении рабочих оборотов. При нагрузке число оборотов падает и происходит РОСТ крутящего момента.

Двигатель с искровым зажиганием от впускного до выпускного отверстия

Двигатель с искровым зажиганием от впускного отверстия к выпускному отверстию

Описание

Блок SI Core Engine реализует искровое зажигание (SI) двигатель от впускного до выпускного отверстия. Вы можете использовать блок в более крупные модели автомобилей, конструкция управления двигателем с аппаратным управлением (HIL), или моделирование экономии топлива и производительности на уровне транспортного средства.

Блок SI Core Engine вычисляет:

• Тормозной момент

• Расход топлива

• Массовый расход газа в порте, включая рециркуляцию выхлопных газов (EGR)

• Соотношение воздух-топливо (AFR)

• Температура выхлопных газов и массовый расход выхлопных газов

• Выхлопные газы вне двигателя (EO)

Массовый расход воздуха

Для расчета массового расхода воздуха двигателя настройте двигатель SI на используйте любую из этих моделей массового расхода воздуха.

Модель массового расхода воздуха	Описание
SI Скорость-плотность массового расхода воздуха двигателя Модель	Использует уравнение скорости-плотности для расчета массового расхода воздуха в двигателе, соотнесение массового расхода воздуха двигателя с давлением во впускном коллекторе и скорость двигателя. Рассмотрите возможность использования этой модели массового расхода воздуха в двигателях с фиксированные конструкции клапанного механизма.
SI Двигатель Двойной независимый кулачок Phaser Массовый расход воздуха Модель	Для расчета массового расхода воздуха в двигателе двойная независимая фазовращатель модель использует: В отличие от типичного встроенного массового расхода воздуха расчеты, основанные на прямом измерении массового расхода воздуха с воздушной массой датчик расхода (MAF), эта модель массового расхода воздуха предлагает: Устранение датчиков массового расхода воздуха в двухклапанном клапанном приводе приложения Разумная точность при изменении высоты Подход к полуфизическому моделированию Ограниченное поведение Подходящее время выполнения для электронного блока управления (ЭБУ) реализация Систематическая разработка относительно небольшого количества параметры калибровки

Тормозной момент

Для расчета тормозного момента настройте двигатель SI для использования любая из этих моделей крутящего момента.

Модель тормозного момента	Описание
SI Модель крутящего момента двигателя Модель	Для структурированного расчета тормозного момента двигатель SI использует таблицы для внутреннего крутящего момента, момента трения, оптимальной искры, искры эффективность и эффективность лямбда. Если вы выберете Угол поворота коленчатого вала и крутящий момент на блоке Torque tab, можно: Имитация расширенных средств управления двигателем с обратной связью на рабочем столе моделирования и на стенде HIL, на основе давления в баллоне записано с модели или лабораторных испытаний в зависимости от угол поворота коленвала. Имитация вибрации трансмиссии за двигателем из-за к высокочастотным торсионам коленчатого вала. Имитация пропусков зажигания в двигателе из-за работы на обедненной смеси или искры засорение пробки с помощью широтно-импульсного входа форсунки. Имитация эффекта отключения цилиндра (закрытый впуск и выпускные клапаны, без впрыска топлива) на отдельный цилиндр давления, среднего значения расхода воздуха, среднего значения крутящего момента и крутящий момент на основе угла поворота коленчатого вала. Имитация эффекта прекращения подачи топлива на отдельный цилиндр на основе давления, среднего значения крутящего момента и угла поворота коленчатого вала крутящий момент.
SI Двигатель Простая модель крутящего момента	Для простого расчета тормозного момента двигатель SI блок использует карту таблицы поиска крутящего момента, которая является функцией скорости двигателя и загрузить.

Fuel Flow

Для расчета расхода топлива SI Core Engine блок использует характеристики топливной форсунки и ширину импульса топливной форсунки.

Для расчета экономии топлива для моделей с высокой точностью в блоке используется объемный расход топлива.

В уравнении используются эти переменные.

955

m˙fuel	Массовый расход топлива, г / с
ω	Частота вращения двигателя, рад / с
Cps	Количество оборотов коленчатого вала за рабочий ход, об / ход поршня
Sinj	Наклон топливной форсунки, мг / мс
Pwinj	Ширина импульса топливной форсунки, мс
Ncyl	Количество цилиндров двигателя
N	Частота вращения двигателя, об / мин
Sg топливо	Удельный вес топлива
Q топливо	3 Объемный расход топлива

Блок использует внутренний сигнал FlwDir для отслеживания направления потока.

Соотношение воздух-топливо

Для расчета соотношения воздух-топливо (AFR), CI Core Блоки Engine и SI Core Engine реализуют это уравнение.

CI Core Engine использует это уравнение для расчета относительный AFR.

Для расчета рециркуляции выхлопных газов (EGR) блоки реализуют это уравнение. Расчет выражает рециркуляцию выхлопных газов в процентах от общего потока впускного отверстия.

В уравнениях используются эти переменные.

AFR	Соотношение воздух-топливо
AFR s	Стехиометрическое соотношение воздух-топливо
m˙intk	Расход воздуха двигателя
m˙fuel	Массовый расход топлива
λ	Относительный AFR
y intk, b	Массовая доля сожженного всасывания
EGR pct	EGR процентах
m˙intk, b	Массовый расход рециркулируемого сгоревшего газа

Выхлоп

Блок вычисляет:

• Температура выхлопных газов

• Удельная энтальпия выхлопных газов

• Массовый расход выхлопных газов

• Выбросы выхлопных газов при выходе из двигателя (EO):

Температура выхлопных газов определяет удельную энтальпию.

Массовый расход выхлопных газов является суммой воздуха во впускном отверстии. массовый расход и массовый расход топлива.

Для расчета выбросов выхлопных газов блок умножает массовая доля выбросов от массового расхода отработавших газов. Чтобы определить массовые доли выбросов, блок использует справочные таблицы, которые функции крутящего момента двигателя и скорости.

Доля воздуха и топлива, поступающих во впускной канал, впрыскиваемая топлива и стехиометрического AFR определяют массовую долю воздуха, которая выходит из выхлопа.

Если двигатель работает на стехиометрическом или обогащенном топливе AFR, воздух не выходит из выхлопной трубы. Несгоревшие углеводороды и сгоревший газ составляют остаток выхлопного газа. Это уравнение определяет массовая доля выхлопных сгоревших газов.

В уравнениях используются эти переменные.

900 Масса выхлопного воздуха

фракция

Texh	Температура выхлопных газов двигателя
hexh	Удельная энтальпия впускного коллектора
Cpexh	Удельная теплоемкость отработавших газов
m intk	Массовый расход воздуха на впускном канале
m˙fuel	Массовый расход топлива
m˙exh	Массовый расход выхлопных газов
yin, топливо	Массовая доля всасываемого топлива
y exh, i	Массовая доля выхлопа для i = CO 2 , CO, HC, NOx, воздух, сгоревший газ и PM
m˙exh, i	Массовый расход выхлопных газов для i = CO 2 , CO, HC, NOx, воздух, сгоревший газ и PM
T тормоз	Момент тормоза двигателя
N	Частота вращения двигателя
y exh, воздух
y exh, b	Массовая доля сгоревшего отработанного воздуха

Power Accoun

АЛГОРИТМ АДАПТИВНОГО УПРАВЛЕНИЯ МОМЕНТОМ1 ВНУТРЕННЯЯ КОМБИНАЦИЯ ИНЖЕКТОРА 9000 Ключевые слова: адаптивное управление, нелинейная система, инжекторный двигатель, крутящий момент двигателя.

Благодарности. Работа выполнена при частичной финансовой поддержке Правительства Российской Федерации (грант 074-U01), Министерства образования и науки Российской Федерации (проект 14.Z50.31.0031).

Ссылки

1. Двигатели Внутреннего Сгорания. Kn. 1. Теория Рабочих процессов, . Книга 1. Теория рабочих процессов. Ред. В.Н. Луканин, М. Шатров. Москва, Высшая школаПубл., 2005, 479 с.

2. Герасимов Д.Н., Никифоров В.О., Джавахериан Х., Ефимов Д.В. Инжекторный двигатель как объект управления. I. Принципиальная схема двигателя и синтез математической модели. Международный журнал компьютерных и системных наук , 2010, т. 49, нет. 5. С. 811–822. DOI: 10.1134 / S1064230710050151

3. Стефанопулу А.Г., Гриззл Дж. У., Фройденберг Дж. С. Управление воздушно-топливным соотношением и крутящим моментом двигателя с помощью вторичных дросселей. Proc. IEEE Conf.о решениях и контроле , 1994, т. 3. С. 2748–2753.

4. Янкович М., Фришмут Ф., Стефанопулу А., Кук Дж. А. Управление крутящим моментом двигателей с переменной фазой газораспределения. IEEE Control Systems Magazine , 1998, vol. 18, нет. 5. С. 34–42. Doi: 10.1109 / 37.722251

5. Янкович М., Магнер М., Хсие С., Кончол Дж. Переходные эффекты и управление крутящим моментом двигателей с изменяемой синхронизацией кулачков. Proceedings of the American Control Conference , 2000, vol.1. С. 50–54.

6. Карник А.Ю., Бакленд Дж. Х., Фройденберг Дж. С. Электронное управление дроссельной заслонкой и перепускной заслонкой для бензиновых двигателей с турбонаддувом. Proceedings of the American Control Conference , 2005, vol. 7. С. 4434–4439.

7. Али А., Блат Дж. П. Нелинейное управление крутящим моментом двигателя с искровым зажиганием. Proceedings of the American Control Conference , 2006, pp. 3266–3271.

8.Али А., Блат Дж. П. Применение современных методов для управления крутящим моментом SI-двигателей. Proc. Международной конференции IEEE. по управляющим приложениям . Мюнхен, Германия, 2006 г., стр. 2405–2410. DOI: 10.1109 / CACSD-CCA-ISIC.2006.4777017

9. Хонг М., Оуян М., Шен Т., Ли Дж. Управление крутящим моментом двигателя с ПИ-регулированием с обратной связью. Международная конференция IEEE по управлению и автоматизации . Сямэнь, Китай, 2010 г., стр. 12–15. DOI: 10.1109 / ICCA.2010.5524184

10.Колмановский И.В., Дружинина М., Сан Дж. Скоростно-градиентный подход к управлению крутящим моментом и соотношением воздух-топливо в ДИСК-двигателях. Транзакции IEEE по технологии систем управления , 2002, т. 10, вып. 5. С. 671–678. DOI: 10.1109 / TCST.2002.801803

11. Хонг М., Шен Т., Оуян М. Нелинейное управление крутящим моментом для двигателей с прямым наблюдением. Proc. ICROS-SICE International Joint Conference . Фукуока, Япония, 2009 г. , стр. 4114–4119.

12.Вермиллион К., Баттс К., Рейди К. Прогнозируемое управление крутящим моментом двигателя с помощью результатов моделирования в реальном времени. Труды Американской конференции по контролю 2010 г. . Балтимор, США, 2010 г., стр. 1459–1464.

13. Сакаи Ю., Канаи М., Ямакита М. Управление требованиями к крутящему моменту с помощью нелинейного MPC с ограничениями для транспортных средств с двигателем с регулируемым подъемом клапана. Труды Международной конференции IEEE по приложениям управления . Иокогама, Япония, 2010 г., стр.1642–1647. DOI: 10.1109 / CCA.2010.5611240

14.Явахериан Х., Лю Д., Коваленко О. Управление крутящим моментом автомобильного двигателя и соотношением воздух-топливо с использованием двойного эвристического динамического программирования. Международная конференция IEEE по нейронным сетям . Ванкувер, Канада, 2006 г., арт. 1716137, стр. 518–525.

15. Цвейри Ю. Х., Сеневиратне Л. Д. Дизельный двигатель показал оценку крутящего момента на основе искусственных нейронных сетей. Proc. IEEE / ACS Int. Конф. по компьютерным системам и приложениям, AICCSA 2007 .Амман, Иордания, 2007 г., арт. 4231051, стр. 791–798. DOI: 10.1109 / AICCSA.2007.370723

16. Хуанг К., Ван С., Цзинь З., Цзян Д. Метод упреждающей оценки крутящего момента двигателя. Международная конференция IEEE по автомобильной электронике и безопасности, ICVES . Шанхай, Китай, 2006 г., стр. 246–249. DOI: 10.1109 / ICVES.2006.371592

17. Нагата Т., Томизука М. Надежное управление крутящим моментом двигателя с помощью итеративного обучения. Proceedings of the American Control Conference , 2009, pp.2064–2069.doi: 10.1109 / ACC.2009.5159841

18.Колюбин С.А., Никифоров В.О., Бобцов А.А., Ефимов Д.В. Двухканальное адаптивное гибридное управление соотношением воздух-топливо и крутящим моментом автомобильных двигателей. Автоматика и телемеханика , 2012, т. 73, нет. 11. С. 1794–1807. DOI: 10.1134 / S0005117

0033

19. Герасимов Д.Н., Колюбин С.А., Никифоров В.О. Адаптивное соотношение воздух-топливо и управление крутящим моментом инжекторных двигателей внутреннего сгорания. Научно-технический вестник информационных технологий, механики и оптики , 2009, №1.1 (59), стр. 14–21. (на русском языке)

20. Герасимов Д.Н., Джавахерян Х., Ефимов Д.В., Никифоров В.О. Инжекторный двигатель как объект управления. II. Проблемы автоматического управления двигателем. Международный журнал компьютерных и системных наук , 2010, т. 49, нет. 6. С. 998–1008. DOI: 10.1134 / S1064230710060183

21. Герасимов Д.Н., Никифоров В.О. Адаптивное управление крутящим моментом в инжекторных двигателях внутреннего сгорания. Мехатроника, Автоматизация, Управление , 2013, № 4, с.3. С. 47–55. (на русском языке)

22. Герасимов Д.Н., Никифоров В.О., Парамонов А.В., Серов Д.С. Адаптивное управление крутящим моментом в топливных двигателях внутреннего сгорания с изменяемыми фазами газораспределения. Изв. вузов. Приборостроение , 2014, т. 57, нет. 12. С. 28–33. (на русском языке)

23. Никифоров В.О., Герасимов Д.Н. Анализ и синтез сложных систем адаптивного стабилизирующего регулятора простой конструкции. Научно-технический вестник информационных технологий, механики и оптики , 2012, №1.5 (81), стр. 48–52. (на русском языке)

24. Герасимов Д.Н., Никифоров В.О. Простое адаптивное управление выходом линейных систем. Proc. IEEE Int. Конф. по интеллектуальному управлению, МСОК 2014 . Жуан Ле Пен, Франция, 2014 г., стр. 566–571. DOI: 10.1109 / ISIC.2014.6967606

25. Жину С., Шампусен Дж. Определение крутящего момента двигателя путем измерения угла поворота коленчатого вала: современное состояние, перспективы на будущее. Технический документ SAE , 1997, отчет 970532. doi: 10.4271 / 970532

26.Пак С., Санву М. Оценка крутящего момента двигателей с искровым зажиганием посредством измерения давления в цилиндрах. Труды Института инженеров-механиков, Часть D: Журнал автомобильной инженерии , 2003, вып. 217, нет. 9. С. 809-817.

Модуль 7: Контроль крутящего момента — Сообщество NXP

EV Источник силового агрегата: carmagazine.co.uk

ВВЕДЕНИЕ

В настоящее время мы являемся свидетелями начала глобальной революции в автомобильной промышленности, где все больше и больше производителей автомобилей пытаются конкурировать в растущем секторе электромобилей.В основе этой революции лежит «рабочая лошадка» современного транспорта: скромный электродвигатель.

В этом модуле семинара по трехфазному управлению PMSM с помощью инструментария NXP Model-Based Design Toolbox мы собираемся обсудить FOC для тяговых двигателей и способы управления крутящим моментом, создаваемым PMSM. Метод управления универсален и может применяться ко всем видам транспортных средств: поездам, автобусам, велосипедам, скутерам и современным автомобилям.

В автомобиле с двигателем внутреннего сгорания каждый раз, когда вы нажимаете на педаль газа, дроссельные заслонки открываются, в цилиндры впрыскивается больше топлива и воздуха, что приводит к более сильному взрыву, который толкает поршень вниз с большей силой.Эта направленная вниз линейная сила преобразуется через коленчатый вал во вращательное движение с определенным крутящим моментом, создаваемым произведением силы и длины штока. Следовательно, каждый раз, когда вы нажимаете «педаль до металла», вы контролируете крутящий момент, на который способен двигатель. В нормальных условиях движения скорость транспортного средства регулируется в голове водителя, которая в конечном итоге решает более или менее нажать на педаль ускорения.

Цель данной статьи — воспроизвести такую ​​систему управления.Пользователь сможет установить задание крутящего момента, и двигатель будет подчиняться этой команде ускорения или замедления в зависимости от требуемого крутящего момента. В этом модуле мы узнаем, как:

• Реализовать FOC, замкнув токовый контур со значениями, считываемыми из АЦП;
• Регулируйте крутящий момент и поток в системе координат (dq) с помощью стандартных контроллеров PI;
• Используйте преобразования Парка для линиаризации контрольных величин;
• Синхронизируйте контуры управления SLOW и FAST с прерываниями АЦП;
• Запуск PMSM с хорошо известной позиции;
• Настроить защиту двигателя и привода;

На рис.1, которые представляют глобальную диаграмму сопоставления приложений, как описано в Модуле 3: Разделение системы, показаны новые аппаратные блоки, которые будут настроены и использованы для выполнения PMSM FOC Torque Control, выделены зеленым цветом по сравнению с уже настроенными на данный момент. в предыдущих модулях этого семинара. Мы собираемся повторно использовать и усовершенствовать модель, разработанную в Модуле 6: Измерение тока (Часть 1/2) и Модуле 6: Измерение тока (Часть 2/2), что позволит нам тестировать приложение в реальном времени на 3-фазном S32K144. Комплект разработчика PMSM | NXP.Взаимодействие между хост-компьютером и оборудованием будет осуществляться через последовательную связь OpenSDA, которая будет использоваться для загрузки кода, сгенерированного из MATLAB, и для визуализации различных сигналов управления с помощью FreeMASTER. Кроме того, пользователь может запускать и регулировать скорость двигателя с помощью кнопок SW2 и SW3, имеющихся на оценочной плате S32K144 | NXP. Трехцветный светодиод будет использоваться для сигнализации состояний управления и неисправностей.

Рис.1: Отображение приложений — новые аппаратные и программные модули, используемые для FOC Torque Control, выделены зеленым цветом

КОНТРОЛЬ МОМЕНТА

Регулятор крутящего момента повторяет поведение двигателя внутреннего сгорания. Как было объяснено в Модуле 2: Теория PMSM и FOC, для достижения адекватной двигательной реакции нам необходимо:

• поддерживает угол 90 электрических градусов между осью крутящего момента и магнитного потока путем регулирования токов по осям Q и D.
• максимизирует крутящий момент PMSM, который пропорционален проекции вектора тока статора на ось Q.

На рис. 2 представлена ​​блок-схема предлагаемой к реализации системы контроля крутящего момента. Управление, ориентированное на поле, выполняется в блоке FAST CONTROL LOOP, который выполняется на основе запуска АЦП каждые 100 микросекунд. Эта подсистема получает эталонные значения для токов по осям Q (крутящий момент) и D (поток), а также токи, измеренные с АЦП, и выводит команды рабочего цикла ШИМ, которые управляют 3-фазным инвертором.

Опорные значения момента и потока вычисляются в блоке SLOW CONTROL LOOP, который запускается каждую 1 миллисекунду на основе тех же событий ADC, что и FAST CONTROL LOOP. Команды скорости и крутящего момента принимаются через UART или от кнопок на плате и преобразуются на основе LUT в фактические приращения крутящего момента и электрического угла.

Рис. 2: Управление крутящим моментом FOC — блок-схема

Как видно на рис.2, у нас есть только один замкнутый цикл: текущий цикл. Внешний контур скорости по-прежнему открыт, поэтому он не мешает нам реализовать управление крутящим моментом, даже если это не идеально. Внешний контур скорости будет закрыт в следующем модуле этого семинара.

КОНТУРА МЕДЛЕННОГО УПРАВЛЕНИЯ

Блок-схема функций, реализованных в SLOW CONTROL LOOP, показана на рис. 3. При каждом запуске выполняется специальная последовательность выравнивания, чтобы переместить ротор PMSM в конкретное хорошо известное положение — ось D магнитного ротора совмещена с Фаза статора PMSM A.Выравнивание ротора является ключевым аспектом в управлении крутящим моментом, поскольку мы хотим обеспечить максимально возможный крутящий момент, а это может быть выполнено только в том случае, если мы сохраним 90 электрических градусов между осью Q и осью магнитного потока ротора D

Рис. 3: Медленный контур управления — блок-схема управления крутящим моментом

Выравнивание достигается путем подачи тока на ось D, заставляя таким образом магниты ротора выровняться с магнитным полем, создаваемым в статоре.Для центровки ротора нам понадобятся два параметра:

• величина тока по оси D, которая в зависимости от нагрузки должна быть закрыта до номинального тока двигателя или даже немного выше;
• время выравнивания, которое дает период времени, в течение которого ток поддерживается через катушки статора, гарантируя, что ротор перемещается в правильное положение;

После завершения выравнивания ротора команда скорости преобразуется в команду крутящего момента через LUT аналогично методу из модуля 5: V / F Scalar Control

В то же время с опорным крутящим моментом вычисления, фактическое электрическое приращение угла вычисляется для того, чтобы вращать двигатель.

ПЕТЛЯ БЫСТРОГО УПРАВЛЕНИЯ

Блок-схема функций, реализованных в FAST CONTROL LOOP, показана на рис. 4. Как можно заметить, это полная диаграмма полевого управления, как описано в Модуле 3: Разделение системы

Рис.4: Быстрый контур управления — блок-схема для управления крутящим моментом

На основе эталонных входных значений крутящего момента (Iq), магнитного потока (Id) и измеренных фазированных токов PMSM после прямого преобразования PARK соответствующие управляющие напряжения для эталонной системы (dq) вычисляются с помощью двух независимых контроллеров тока PI.Как только командные напряжения получены, обратные преобразования PARK и CLARKE используются для вычисления коэффициентов заполнения PWM с помощью метода пространственной векторной модуляции для управления полевыми транзисторами MOSFET трехфазного инвертора.

Теория, лежащая в основе ПИ-регуляторов, обсуждалась в Классе управления двигателем: Лекция 11 — Управление с обратной связью

В случае электрической передаточной функции двигателя процедура вычисления коэффициентов усиления регулятора тока Kp и Ki такая же, как и представленная для регулятора скорости, с учетом того, что инерция (J) заменяется индуктивностью (L) и коэффициентом трения (b ) заменяется сопротивлением (R). Остальные вычисления остаются аналогичными.

Обратите внимание, как на рис. 4 мы требуем, чтобы ротор переместился в желаемое положение на основе вычисления электрического угла (тета), который выводится из задания скорости, вычисленного в SLOW CONTROL LOOP. Поскольку на двигателе нет момента нагрузки, мы собираемся использовать для демонстрации этот метод управления крутящим моментом двигателя в разомкнутом контуре, поскольку он безопасен и даст хорошие результаты. В случае нагружающего момента и неправильной центровки ротора двигатель может потерять синхронизм и заглохнуть.Для таких случаев вам понадобится:

• Датчик фактического положения ротора (обратимся к M8)
• оценить положение ротора на основе измерений и математической модели (мы рассмотрим это в M9)

Модель Simulink, используемая для реализации всех этих функций, показана на рис. 5:

.

Рис.5: Модель Simulink для PMSM FOC Torque Control

Видеоурок: Как внедрить и протестировать систему управления крутящим моментом для PMSM с помощью S32K144EVB

 Пожалуйста, посмотрите это видео, прежде чем продолжить. Остальная часть статьи представляет собой краткое содержание видео. 

МОДЕЛЬ SIMULINK УПРАВЛЕНИЯ МОМЕНТОМ

В этом разделе мы рассмотрим подробные сведения о реализации модели Toque Control, показанной на рис. 5. Модель доступна для скачивания в конце статьи. На рисунках ниже мы собираемся обсудить только новые функции, добавленные или измененные по сравнению с моделью, реализованной в Модуле 6: Измерение тока (Часть 1/2)

Прерывания от АЦП

Поскольку нам нужны программные процедуры FOC (SLOW CONTROL LOOP и FAST CONTROL LOOP) для синхронизации с измерениями АЦП, как это показано на рис.9 из Модуля 6: Измерение тока (Часть 1/2), мы собираемся изменить PDB1_IRQ для запуска вызова функции на основе прерывания завершения преобразования АЦП (COCO), которое соответствует току фазы B AD15 — PMSM. Для этого мы собираемся использовать блок ADC_ISR, который позволяет нам одновременно читать результаты преобразования и запускать прерывание.

Рис.6: Триггер прерывания АЦП для контуров управления SLOW и FAST

Диспетчер прерываний

Поскольку прерывания АЦП синхронизированы с частотой ШИМ, это означает, что мы будем получать прерывание каждые 100 микросекунд для частоты переключения 10 кГц.Это нормально для FAST CONTROL LOOP, который мы хотим запускать каждые 100 микросекунд, но для SLOW CONTROL LOOP, который должен планироваться каждые 1 миллисекунды, нам нужно реализовать своего рода механизм диспетчеризации. Это делается в подсистеме IRQ_Dispatcher, как показано на рис. 7.

Рис. 7: Диспетчеризация прерываний в БЫСТРЫЙ и МЕДЛЕННЫЙ КОНТУРЫ УПРАВЛЕНИЯ на основе прерывания ADC HW COCO

Этот блок реализует двухступенчатую логику:

• Последовательность запуска — когда нет прерываний АЦП до включения ШИМ, но все еще необходимо выполнить FAST CONTROL LOOP для настройки предварительного драйвера MOSFET MC34GD3000
• normal RunState — когда прерывания АЦП активны и нам нужно отложить триггеры для SLOW CONTROL LOOP, оставив неизменными тайминги для FAST CONTROL LOOP, чтобы обеспечить скорость выполнения 10: 1 между FAST иМЕДЛЕННЫЕ петли.

Механизм диспетчеризации, который поддерживает относительную скорость выполнения 10: 1, реализован как:

Рис. 8: Реализация диспетчера прерываний для скорости выполнения 10: 1 между циклами FAST и SLOW

Медленный контур управления

Эта подсистема была изменена, как показано на рис. 9, чтобы позволить:

• Центровка ротора при запуске.Эта процедура использует AlignTimer для подсчета количества секунд, в течение которых ротор должен находиться в состоянии выравнивания.
• преобразование скорости в крутящий момент через специальный LUT

Как показано на рис. 9, мы сохранили тот же механизм, что и для модуля 5: скалярное управление V / F для генерации электрического углового профиля и ссылок для системных команд (dq).

Рис.9: Реализация МЕДЛЕННОГО КОНТУРА УПРАВЛЕНИЯ

Быстрый контур управления

Эта подсистема была расширена двумя контроллерами PI для каждой из осей (dq) и прямыми преобразованиями PARK и CLARKE, которые теперь используются для вычисления токов в системе отсчета (dq), начиная со значений, измеренных с АЦП.

Как можно заметить, во время процесса выравнивания PI-контроллеры обходятся, в то время как команды из SLOW CONTROL LOOP непосредственно применяются как команды напряжения к преобразованиям FOC. Это обеспечивает более быструю и сильную реакцию, заставляя ротор более точно выровняться в правильные положения без дополнительных задержек, вызываемых контроллерами PI.

Рис.10: Реализация FAST CONTROL LOOP

Панель управления

Подсистема, представленная на рис.11, реализует логику чтения кнопок с оценочной платы S32K144 | NXP, что позволяет нам вручную изменять скорость двигателя и механизм светодиодного оповещения. Логика светодиода реализована как:

• после сброса горит ЗЕЛЕНЫЙ светодиод, сигнализируя о том, что приложение готово к приему команд;
• во время юстировки горит ЗЕЛЕНЫЙ светодиод;
• во время нормальной работы горит СИНИЙ светодиод, сигнализируя, что приложение работает нормально;
• при возникновении неисправности горит КРАСНЫЙ светодиод, и двигатель автоматически останавливается. Единственный способ выйти из этого состояния — нажать кнопку RESET;

Рис.11: Управление платой ввода / вывода

Защиты

Защита двигателя и привода реализована в программе обработки прерывания от АЦП сразу после измерений, чтобы гарантировать, что любая неисправность устраняется как можно скорее. В настоящее время реализовано три защиты, но в следующих модулях будут добавлены дополнительные:

• защита от пониженного напряжения, если напряжение шины постоянного тока ниже 8В;
• защита от перенапряжения, если напряжение шины постоянного тока выше 18В;
• Перегрузка звена постоянного тока, если значение тока в звене постоянного тока превышает 4А;

Если произойдет одно из этих условий, приложение немедленно отключит генерацию ШИМ, и приложение не сможет быть возобновлено до тех пор, пока пользователь не выдаст СБРОС.

Рис.12: Защиты

РЕЗУЛЬТАТЫ ЭКСПЕРИМЕНТОВ

Используя прикрепленный проект FreeMASTER, мы можем проверять ответы системы и настраивать контроллеры, чтобы реагировать так, как мы хотим, на лету в реальном времени. В демонстрационных целях контроллер настроен для увеличения времени отклика и получения простых для понимания изображений.

Рис.13 показывает реакцию системы во время последовательности выравнивания, запуска и нормальной работы. Вы можете видеть, что последовательность выравнивания длится 3 секунды. В этот интервал времени ~ 1,1 ампер подается на ось потока, чтобы заставить двигатель выровняться с фазой статора A. Соответствие между токами (dq) и фактическими токами (abc) можно ясно увидеть на рис. 14.

Рис.13: Последовательность запуска: выравнивание, запуск и нормальная работа, показаны: — Задание крутящего момента (IQ_REF — красный) и фактический крутящий момент (IQ — оранжевый) — эталонный поток (ID_REF — синий) и фактический поток (ID — голубой)

Рис. 14: Последовательность запуска: выравнивание, подъем и сравнение нормальной работы между системой отсчета (dq) и системой отсчета (abc) — Фактический крутящий момент (IQ — оранжевый) и поток потока (ID — голубой) в верхней части — Фактический фазный ток PMSM Ia, Ib, Ic

Рис. 15 показывает реакцию ПИ-регуляторов во время запуска и нормальной работы. Как вы можете видеть, для того, чтобы поддерживать на двигателе почти 1,5 А, нам нужно лишь небольшое управляющее напряжение (0.5 вольт — на правой оси).

Рис.15: Поведение ПИ-регулятора тока: входы и выходы — Отклик оси крутящего момента (верх) — Отклик оси потока (нижний)

Рис. 15 показывает, что есть много возможностей для изменения параметров настройки регулятора тока и улучшения реакции системы, поскольку не достигается резерв напряжения.

Как бы вы настроили текущие контроллеры? Вы предпочитаете резкую или мягкую реакцию и почему?

Ревизии обновления:

19 марта 2018

Обновление

, 28 января 2019 г.