Этот вопрос является одной из основных тем «хулиганства» на автомобильных форумах. Оппоненты готовы разорвать друг друга десятками аргументов. А все просто: мощность – это крутящий момент! Как так? Сейчас мы объясним.
Когда я был ребенком, многие пожилые люди собирали «турбо» пакеты, и мощность и максимальная скорость автомобиля были для них почти обязательными. Чем больше цифры, тем больше уважения к данной модели автомобиля. Похоже, сегодня так и есть – несколько лишних лошадиных сил зачастую становятся решающим аргументом «за» или «против» любого автомобиля.
Но тут уже раздались голоса дзен-дизеля, что важен только Крутящий момент, а подозрительно хорошая динамика более слабых бензиновых моторов с турбинами или какими-то системами VVT-i заставляет водителей усомниться в их верности принципу «чем тяжелее, тем быстрее», а про налоги, которые кстати зависят от мощности — все наслушались.
Так что же такое мощность и как она связана с динамикой?
Максимальная мощность двигателя указана в паспортных характеристиках и на вкладышах «турбо». Но что это дает машине? Как крутящий момент связан с этим? Мы постараемся объяснить эту важную истину как можно проще.
Крутящий момент, напомним, является произведением силы на плечо рычага. А в случае двигателя это сила, с которой вращается коленчатый вал двигателя. Обычно она измеряется в ньютонах на метр или в килограммах силы на метр.
График внешней характеристики двигателя
На самом деле крутящий момент создается за счет торможения вращения коленчатого вала каким-либо образом — гидравлическим тормозом, генератором переменного тока или за счет тяги автомобиля. Вот как это измеряется — торможением самого двигателя или колес автомобиля гидравлическим тормозом. За двигатель обычно дается максимальный крутящий момент, который развивает двигатель при полностью нажатой педали газа, с помощью которого водитель просто регулирует, какой крутящий момент может дать двигатель. Осталось понять, как меняется тот же крутящий момент. Крутящий момент зависит от оборотов двигателя и сначала мал, затем увеличивается до определенного значения, а затем снижается. Почему?
Пики и спады на графике
В реальной жизни полный крутящий момент нужен редко, это только в тех случаях, когда вдавливаешь педаль газа в пол и ждешь, что мотор «потянет», в остальное время он меньше максимума на этих оборотах. Но мы уже знаем, что крутящий момент меняется не только педалью газа (механической или электронной), но и оборотами. Процессы, происходящие в камере сгорания двигателя, различны при разных оборотах двигателя. Вспомогательные системы, такие как наддув, изменение фаз газораспределения и т.п., дополнительно изменяют содержимое камеры сгорания, количество топлива и угол опережения зажигания, и, следовательно, качество вождения и мощность зависят от числа оборотов двигателя. Даже при отсутствии электронной системы управления количество воздуха, поступающего в цилиндр, количество остаточных выхлопных газов и оптимальный угол опережения зажигания все равно изменяются в зависимости от частоты вращения. Слишком много мусора в цилиндре на самых низких оборотах или детонация слишком вероятна, поэтому крутящий момент на низких оборотах обычно значительно ниже максимального. На средних оборотах двигатель «оживает» — в цилиндры попадает больше воздуха за счет пульсации во впускной трубе, меньше остаточных газов, поэтому крутящий момент увеличивается. Если у автомобиля есть турбина или нагнетатель, они начинают работать на полном газу. Но при более высоких оборотах увеличиваются механические потери на трение в поршневых кольцах, потери на трение и инерцию в ремне ГРМ, нагрев масла в подшипниках и т. д. и качество работы не улучшается или даже начинает ухудшаться. отклонить. В результате крутящий момент начинает падать при более высоких оборотах из-за увеличения потерь. А у турбированного двигателя в какой-то момент производительность турбо становится недостаточной и крутящий момент тоже начинает падать. Теперь посмотрим на график типичного атмосферного (т.е. без наддува) двигателя 1990-х годов, где есть кривые не только крутящего момента, но и мощности.
С другой стороны, у турбированного двигателя с аналогичным литражом, крутящий момент в средней зоне оборотов ограничен электроникой, часто на пределе выносливости цилиндро-поршневой группы, да и график мощности тоже очень «ровный». Вы можете ясно видеть, насколько больше его мощность в начале и середине графика.
Внимательно следите за кривой мощности. Он быстро увеличивается там, где крутящий момент высок, и почти никогда не увеличивается там, где крутящий момент низкий. Объяснение этому очень простое: мощность — это количество работы, которую двигатель может выполнить за секунду. Для двигателя внутреннего сгорания мощность в киловаттах в каждой точке графика можно получить, умножив крутящий момент двигателя в ньютонах на число оборотов в минуту и разделив на 9549, примерно следующим образом:
Поэтому мощность двигателя на любых оборотах зависит только от крутящего момента на этих оборотах, а максимальная мощность получается, когда крутящий момент уже уменьшается, а произведение мощности на обороты еще увеличивается. А для увеличения максимальной мощности можно просто увеличить крутящий момент на более высоких оборотах или не допустить его столь же быстрого снижения. Посмотрите на типичную схему форсированного двигателя Honda — точно так же поступили и японцы.
Надеюсь, достаточно ясна точка зрения тех, кто говорит, что «мощность не важна — важен только момент»? Опять же: мощность как таковая напрямую зависит от крутящего момента и сама по себе является математической, расчетной величиной, которую невозможно измерить отдельно от крутящего момента. Крутящий момент на самом деле отражает мощность, которая будет доступна при «частичных» оборотах двигателя, просто при нажатии на газ при обгоне. И чем больше крутящий момент, тем лучше! Ведь мощность на этих оборотах тоже будет выше. Чем больше мощность, тем больше энергии можно вложить в машину, тем лучше динамика разгона. Максимальная мощность оказывает большое влияние на максимальную скорость автомобиля. При правильно рассчитанном передаточном числе главной передачи и коробки передач получается, что максимальная скорость достигается при равенстве подводимой мощности мощности двигателя. А мощность всех потерь зависит именно от скорости движения, в первую очередь от сопротивления воздуха и сопротивления качению колес, и в какой-то момент будет равна мощности двигателя, поэтому эта скорость будет максимальной. Конечно, бывают просчёты, когда двигатель либо не в состоянии развивать обороты с максимальной эффективностью, либо уже «упирается» в ограничитель, но это случается не так уж и часто.
Дизельный момент
Теперь я отвечу на типичный, но простой вопрос: «Почему дизельные двигатели традиционно имеют высокий крутящий момент, но малый рабочий объем по сравнению с бензиновыми двигателями? Это связано с тем, что дизельные двигатели имеют ограниченную рабочую скорость. Из-за высокой степени сжатия дизельных двигателей и более медленного сжигая топливо, дизели хуже работают на высоких оборотах, но не подвержены опасности детонации, а турбина может быть более эффективной и рафинированной за счет более низкой температуры выхлопных газов, поэтому может подаваться много воздуха и топлива, а крутящий момент на низких оборотах будет очень высокой.И иногда они будут даже не так уж далеки от турбированного бензинового двигателя по мощности, но крутящий момент будет не только большим, но и огромным.Для сравнения, вот спецификация двух трехлитровых двигателей от современный BMW 5 серии, который покажет, что дизели эффективны на более низких оборотах.Дизель можно сделать мощнее бензинового двигателя, но тогда крутящий момент уже высок на сцепка будет на четверть больше, что означает новую коробку передач и новые карданные валы, чтобы справиться с этой мощностью. А сам двигатель должен быть еще мощнее и тяжелее. Его тоже можно «выкрутить», но тогда работа топливной системы будет более сложной, и нельзя допускать дымления и неполного сгорания топлива.
Так как же правильно разгоняться?
Важно знать, как работает коробка передач. Для максимального ускорения переключайте передачу так, чтобы число оборотов в минуту было равно пиковому крутящему моменту или превышало его, но чтобы было место для увеличения числа оборотов – ускорение выше числа оборотов в минуту будет медленнее. Пиковое ускорение идеально подходит для гражданских автомобилей. Однако обычно электроника современных двигателей не позволяет двигателю «разогнаться» намного выше пиковой мощности — это так называемый отрезать. Можно попытаться визуально представить это. Взгляните на график внешней кривой скорости. При разгоне двигатель должен максимально работать в зоне, где его мощность максимальна, то есть на высоких оборотах вблизи точки максимальной мощности. А при переключении передач он должен входить в зону с максимально возможной силой. Ниже приведены графики мощности и крутящего момента известной климатической Honda Accord Type R и турбированного Saab 9-3. На графиках мы назначили диапазоны оборотов, в которых будет работать двигатель, если мы включим вторую или третью передачу на скорости около 50 км/ч. Чем больше площадь фигуры под кривой мощности, тем эффективнее разгон.
