Содержание
Те, у кого есть автомобиль, а также те, у кого его нет, говоря о его мощности, апеллируют к лошадиным силам. Чем их больше, тем автомобиль мощнее. В общем, это почти так. Однако при разных ситуациях и стилях езды авто с преимуществом в «лошадках» уступит в скорости другому, у которого при меньших лошадиных силах лучшие показатели крутящего момента.
Мощность автомобильного двигателя и его крутящий момент – две основные взаимодополняющих характеристики производительности любого автомобиля. Некоторые автомобилисты неправильно считают, что мощность мотора — это главная характеристика скоростных параметров авто. Другие водители впадают в другую крайность и четко заявляют, что мощность мотора — это ничто, а вот крутящий момент — это все. Выясним четкую связь мощности двигателя и крутящего момента, который получают колеса автомобиля.
Единица измерения
Высокий крутящий момент выигрывает гонку, а лошадиная сила продает автомобиль… — это перефразированная мысль Энцо Феррари, который четко определил границы терминов.
Более столетия главное единицей мощности мотора остается лошадиная сила. Проще говоря, — это скорость выполнения работы одной лошадью. За одну минуту времени животное поднимало груз весом 150 кг. на 30 м. В системной измерительной шкале одна лошадиная сила приблизительно равна мощности в 746 Вт.
Определение мощности
Мощность мотора — производная от его оборотов. А обороты (в минуту) можно увеличить, добавляя рабочую смесь в камеру внутреннего сгорания двигателя (т.е. в цилиндр), нажимая на педаль газа. Вырабатываемая энергия двигателя увеличивается. Тем самым, кривошипно-шатунный узел цилиндра начинает быстрее двигаться и ускорять вращение коленчатого вала. А на конце последнего возникает пресловутый крутящий момент ДВС, который и даёт дальнейшее распределение энергии вращения всем остальным механизмам; шестерням, трансмиссии и колёсам. Чем выше величина момента, тем, на каком-то этапе, и выше мощность мотора, а соответственно — и скорость автомобиля.
Вроде получается, что крутящий момент — это величина, зависимая от оборотов и мощности. Это так, но интересно то, что параметр момента не увеличивается с оборотами так, как мощность. До какого-то момента, с увеличением оборотов также растёт и величина крутящего момента. Но своего предельного значения момент достигает быстро, допустим — на 2000 об., потом всё время оставаясь на одном этом максимальном значении, пока в какой-то момент не начнёт только падать. Вот эта максимальная цифра — очень важный показатель. И чем он выше, тем лучше.
Важность момента
Почему же, помимо мощности, важен и максимальный крутящий момент? Если коротко, то для быстрого обгона. Или для удобства — допустим, подъёма в горку. Или когда в обоих случаях машина сильно нагружена. То есть, большой крутящий момент обозначает, что в машине не просто 100 лошадиных сил, а 100 в любых стихийных и быстро меняющихся случаях лошадиных сил, которые быстрее начинают работать на полную мощность.
Лошадиные силы будут максимально эффективными. Потому что при большой мощности автомобиля и небольшого значения крутящего момента при обгоне и в нагруженном состоянии придётся понижать передачу, дабы только таким способом увеличивать обороты и создавать большую мощность, а значит — и скорость. Что неблагоприятно сказывается на ресурсе двигателя и расходе бензина.
Конечно, если допустить безветренную погоду, ровную и гладкую дорогу и прочие благоприятные условия, то в таком случае величина крутящего момента будет не так важна. И автомобиль всё равно покажет все свои возможности. Но идеальные условия бывают очень редко.
Крутящий момент мотора — это в первую очередь тяговая характеристика, которая не дает полного представления о возможностях автомобиля, его скорости, ускорении и пр. Важно понимать, что момент двигателя и крутящий момент на колесах — это абсолютно разные параметры.
Плечом приложения силы в двигателе для создания крутящего момента служит вынос шатунных шеек коленвала
Крутящий момент двигателя — это сила воздействия, умноженная на плечо. Параметр зависит от силы давления сгоревших газов на плечо коленвала и показывает только граничный потенциал двигателя. Крутящий момент, получаемый колесами, высчитывается исходя из характеристик передаточных чисел КПП и чисел главной передачи, всех величин оборотов мотора, зависит от диаметра колесных дисков, используемых шин и пр.
Для примера можно рассмотреть технические характеристики двигателей на двух авто. Спортивный седан с мощностью мотора в 500 л.с. и крутящим моментом на двигателе в 500 Нм и полноценный тягач-фура с мотором в 500 л.с. и крутящим моментом в 2500 Нм будут иметь на колесах одинаковый крутящий момент при езде по шоссе с одинаковой скоростью.
Грубо говоря, мощность мотора — это его тяговые характеристики, которые показывают скоростные возможности автомобиля и параметры ускорения. Важно помнить, что в переднеприводных авто по мере увеличения крутящего момента на двигателе возникает эффект подруливания, когда ведущие колеса начинают самопроизвольно проворачиваться. В авто с полным приводом крутящий момент равномерно распределяется на все оси — это улучшает динамику авто при разгоне и препятствует заносу.
Мощность и крутящий момент двигателя неразрывно связаны, но в параметрах производительности авто (ускорение, скорость, динамика разгона) они выполняют разные функции.
Производительность автомобиля
В тех паспорте мотора производитель указывает максимальное пиковое значение мощности, которые в условиях настоящей, не стендовой эксплуатации используются крайне редко. Производительность машины зависит не только от значений мощности и момента, но и от передаточного числа, от условий дороги и погоды.
Управление авто с большим двигательным моментом позволяет легко ускорятся практически на всех передачах, автомобиль имеет большой диапазон оборотов. Но при использовании более высокой передачи происходит секундное уменьшение вращений привода и снижение момента. Скорость на этой передаче падает, и далее происходит снова ее наращивание.
Исходя из особенностей двух главных характеристик мотора, ускорение авто с большим крутящим моментом и средней мощностью, и мощностным агрегатом, но с низким моментом происходит по-разному. Различаются точки переключение скоростей, также будут разниться и диапазон оборотов, которые у этих машин разный.
Ускорение автомобиля
Крутящий момент в моторе зависит от количества и параметров шестеренок в коробке переключения передач. В процессе движения при переходе на все более высокую скорость момент будет нарастать. Если в автомобиле изначально указано низкое число крутящего момента мотора его можно увеличить через изменение числа передачи. При переключении изменяется граница оборотов двигателя через приводной коэффициент. В зависимости от конструкции трансмиссии используются различные (чаще зубчатые) передачи для стабильного перехода на высокую скорость, ускорение, разгон без резкого снижения крутящего момента.
Если автомобиль хорошо набирает скорость, можно говорить об оптимальной динамике крутящего момента, которая распространяется на большой диапазон работы. Чтобы автомобиль показал максимальную скорость, требуется точно знать, как меняется динамика мощности мотора на каждой из передач, как изменяются обороты при переключении скоростей.
Лучше всего машина разгоняется на вершине крутящего момента в определенном диапазоне оборотов. При переходе на режим следующей передачи происходит снижение оборотов и уменьшение крутящего момента. Условия, которые всегда влияют на ускорение авто в сторону снижения или увеличения оборотов:
- Вес машины. Ошибка считать, что тяжелые внедорожники тяжелее разгоняются.2. Шестерни передачи. КПП — главный элемент трансмиссии, которые передает момент мотора на колеса.
3. Сопротивление. Все элементы трансмиссии, шины, детали мотора испытывают силу трения и инерции.
4. Аэродинамика. Сопротивление встречному потоку всегда препятствует быстрому разгону.
Изменения крутящего момента
При ежедневной эксплуатации авто водители редко используют полный момент, который зависит не только от выжатого до предела газа, но и от оборотов двигателя. На малых оборотах в камере сгорания остаются большое количество остаточных газов, при средних оборотах в трубопровод поступает больше воздуха — момент начинает резко увеличиваться. На высоких оборотах в работу вступает сила трения колец, инерционные потери в ГРМ увеличиваются, крутящий момент двигателя снова начинает снижаться.
Чтобы добиться от двигателя максимальной выдачи мощности, требуется не снижать или увеличить крутящий момент на высоких оборотах. От того, насколько высока мощность мотора в определенных точках оборота, зависит максимальная скорость авто. Для этого требуется правильно рассчитать передаточное число.
Особенности дизельных двигателей
Дизельные двигатели отличаются сравнительно небольшим, по сравнению с бензиновыми агрегатами, объемом, но имеют при этом намного больший крутящий момент. Это достигается тем, что мотор, использующий в качестве топлива солярку или улучшенное дизтопливо, работает на ограниченных рабочих оборотах.
Типовой график технических показателей спортивного мотора Ferrari F12 Berlinetta
Высокая степень сжатия дизтоплива и замедленные процессы горения не позволяют дизельному мотору оптимально работать на высоких оборотах. Температура отработанного газа в выпускном коллекторе ниже, чем у бензинового аналога — это дает возможность использовать различные по эффективности турбины. Объем подачи воздуха увеличивается на 70%, благодаря чему дизельный мотор на низких оборотах вырабатывает большой момент.
Типовой график технических показателей у тягачей Volvo: видна разница, на каких оборотах
В заключении хотелось бы поговорить о таком понятии, как полка крутящего момента. Полка — это комфортный в оборотах режим работы двигателя в момент переключения скоростей при разгоне автомобиля. То есть, не допускание как слишком высоких оборотов, так и скатывания на низкие. При высоких оборотах двигатель и шумит громко, и расходует бензина больше, и изнашивается быстрее. При низких происходит несовпадение скоростей сцепляющих элементов, и автомобиль будет дёргаться. Причём, край полки в районе низких оборотов примерно один и тот же (вероятнее — у отметки 2000 об/мин.), а край по высоким оборотам будет сокращаться до минимальных значений, и стремиться к низкому краю.
Невозможно определить мощность любого мотора, его полезную работу за определенное время без определения числа его крутящего момента. Неправильно рассматривать эти характеристики в отрыве друг от друга. Но чтобы автомобилистам можно было только на основе чисел характеристики выбрать лучшую комплектацию на авто, нужно запомнить простое правило — мощность и крутящий момент в моторе должны быть сбалансированы. В линейке похожих характеристик выбирать нужно тот мотор, где момент чуть выше, чем у аналогов.
