крутящий момент больше или меньше что лучше
Интересная познaвательная статья для любителей ездить на автомобилях с дизельным двигателем.
Лошадиные силы решают всё – такой вывод можно сделать, читая иные автомобильные издания, а также рекламные буклеты и техпаспорта. Так ли это? Зачем тогда в технических характеристиках указывают еще и крутящий момент?
Что определяют ньютон-метры? Что важнее – «лошади» или «ньютоны»?
ТЕОРИЯ
Для начала стоит разобраться с определениями. Вспоминаем школьный учебник физики. Крутящий момент
– это произведение силы на плечо рычага, к которому она приложена, Мкр = F х L. Сила измеряется в ньютонах, рычаг – в метрах. 1 Нм – крутящий момент, который создает сила в 1 Н, приложенная к концу рычага длиной 1 м.
В двигателе внутреннего сгорания роль рычага исполняет кривошип коленвала. Сила, рождаемая при сгорании топлива, действует на поршень, через который и создает крутящий момент. Выходит, что главная характеристика двигателя – величина крутящего момента на коленчатом валу. Понятно, что момент создается не постоянно, а только в период действия силы – то есть, только во время рабочего хода.
Разберемся теперь с мощностью. Все там же – в школьном пособии и про нее сказано предельно ясно. Мощность – это работа, совершенная в единицу времени. Формула банальная – Р = A/t. А так как работу в двигателе совершает именно та сила, которая создает крутящий момент, то мощность, говоря простыми словами, показывает, сколько раз в единицу времени двигатель создает крутящий момент. Не надо быть семи пядей во лбу, чтобы понять – количество «крутящих моментов», то есть мощность, зависит от количества оборотов двигателя. Чтобы нам было уже совсем просто, физики-математики напряглись и вывели наглядную формулу: P = Mкр*n/9549, где Mкр – крутящий момент двигателя (Нм), n – обороты коленвала двигателя (об./мин.). (Мощность получается в киловаттах. Чтобы преобразить ее в «скакунов», умножаем результат на 1,36).
Вроде бы с печкой все понятно. Попробуем от нее станцевать. На что влияет мощность, а на что – крутящий момент? Начнем с мощности. Мощность двигателя при движении автомобиля расходуется на преодоление различных сил сопротивления – это силы трения в трансмиссии и качения колес, силы аэродинамического сопротивления и т.д. Чем больше мощность, тем большее сопротивление автомобиль может преодолеть и большей скорости достичь. Повторимся, мощность мотора – величина не постоянная, а зависящая, прежде всего, от оборотов двигателя. Рядом со значениями максимальной мощности всегда указываются обороты, на которых она достигается. На других оборотах мощность иная – более низкая. Какая именно – можно узнать, взглянув на график внешних скоростных характеристик того или иного мотора. Важно другое – при разгоне двигатель не развивает оборотов максимальной мощности сразу (во всяком случае в обычных условиях). Машина стартует обычно с оборотов чуть выше холостого хода. Поэтому, чтобы мобилизовать весь «табун», мотору нужно время на раскрутку. Вот здесь-то и играет решающую роль крутящий момент. Именно от него зависит время достижения двигателем максимальной мощности, а значит и вожделенная динамика разгона. И получается, что забытые некоторыми ньютон-метры значат не меньше, чем хваленые лошадиные силы.
Противостояние «л.с. – Нм»
логично выливается в противостояние «бензин – дизель». Серийные бензиновые двигатели развивают не самый большой крутящий момент. К тому же максимального значения он достигает только на средних оборотах (обычно 3000-4000). Зато эти моторы могут раскручиваться до 7-8 тыс. об./мин., что позволяет им развивать довольно большую мощность. Ведь согласно приведенной выше формуле, мощность численно от оборотов зависит гораздо больше, чем от момента.
По этой же причине тихоходные дизели (развивают не более 5 000 об./мин.), обладая внушительным моментом, доступным практически с самых «низов», в максимальной мощности проигрывают бензиновым.
Однако мощность важна не только максимальная. Как уже было сказано, мощность, которую развивает двигатель на оборотах ниже предельных, как правило, так же далека от максимальной заявленной. Ключом к пониманию характера любого мотора являются кривые его характеристик: мощности и момента.
Приводим графики двух двигателей марки Mercedes-Benz. Один – объемом 1,8 л, дизельный (с турбонаддувом). Другой – двухлитровый бензиновый. Заявленные мощности – 109 л.с. и 136 л.с. соответственно. Моменты – 250 и 185 Нм. Мы сравнили мощность этих моторов во всем диапазоне оборотов, а не только максимальную. И получилось, что от 1000 до 4000 об./мин. (а это практически весь «городской» спектр) дизель мощнее «бензина» максимум на 34 л.с., а в среднем – на 17. О превосходстве в моменте даже говорить не стоит.
Ради интереса мы сравнили также характеристики аналогичных двухлитровых моторов Volkswagen: 2,0 TDI (140 л.с. и 320 Нм) и 2,0 FSI (150 л.с. и 200 Нм). Результат тот же – выигрыш в максимальной мощности оборачивается проигрышем до отметки в 4 500 об./мин. Интересная картина.
Измерение мощности в лошадиных силах широко распространено только в автомобильной сфере. Причина – неоднозначное определение этой единицы. Мерить мощь моторов по поголовью рысаков впервые предложил Джеймс Уатт (в специальной литературе для этих целей используют его фамилию). Он предположил, что лошадь может поднимать 33 000 фунтов груза (14 968,55 кг) со скоростью 1 фут (30 см) в минуту, что равняется 745,7 Вт. Именно эту единицу до сих пор применяют в Англии (обозначение BHP). В остальных европейских странах лошадиная сила определяется как 735,49875 Вт и обозначается pferdestarke – PS (нем.), cheval – ch (фр.) или просто – л.с.
Наращивать мощность моторов можно по-разному. Самый «примитивный» способ – увеличение рабочего объема – слава богу, свое, похоже, отжил. Теперь в чести более продвинутые методы.
Увеличение максимального числа оборотов позволяет поднять мощность без серьезного изменения крутящего момента. Пример – BMW M5/M6, двигатель которых крутится до 8250 об./мин.
Турбо- и механический наддув резко повышают крутящий момент мотора. К примеру, двигатель 2,0 FSI (VW, Audi) выдает 150 л.с. и 200 Нм. Он же, но с турбиной (2,0 TFSI) – 200 л.с., 280 Нм.
Изменение фаз газораспределения (VTEC, VVTi, bi-VANOS) позволяет поднять момент и сдвинуть его в зону «нужных» оборотов. Самый изощренный способ – возможность изменения степени сжатия. Так, на 1,6-литровом турбо-двигателе SAAB, благодаря подвижной головке блока, она варьируется от 8:1 до 14:1. Результат – 308 Нм и 225 л.с.
Понять, что значат на практике «лишние» ньютон-метры и лошадиные силы, мы решили на примере двух новейших Volkswagen Passat с упомянутыми двухлитровыми моторами – турбо-дизелем и бензиновым атмосферником. У первого – 140 л.с. и 320 Нм, у второго – 150 л.с. и 200 Нм. Для кристальной чистоты эксперимента обе машины были с шестиступенчатыми механическими коробками (разницу передаточных отношений главной пары в данном случае считаем несущественной).
На дизельном Passat мы уже ездили, а потому хорошо знакомы с его неординарной натурой. На холостых и малых оборотах мотор не проявляет особого энтузиазма, но по достижении 1750 об./мин. (уже с этой отметки водителю доступны все 320 Нм момента) в корне преображается. На кривой хорошо видно, что амплитуда крутящего момента составляет 110 Нм, больше трети максимального значения! Эту разницу двигатель успевает преодолеть в промежутке между 1000 и 2000 об./мин. Уже под конец второй тысячи мотор мощно бросает Passat вперед. Ускорение не ослабевает вплоть до максимальных 4500 об./мин., следует переключение – и вновь изобилие тяги до самого верха. Еще переключение – все повторяется. Словно невидимый силач-великан тащит машину тросом, потом перехватывает руки и тащит снова – бурный разгон идет на каждой передаче, даже на пятой и шестой он остается впечатляющим. Если не мешкать при переключениях и не выпадать из диапазона 2000-4000 оборотов (а это не сложно благодаря исключительно точному приводу переключения), то дизельный Passat позволяет перемещаться в пространстве очень и очень интенсивно. Спортивно. Единственный минус, он же плюс – при разгоне «в пол» стрелка тахометра в мгновения пролетает короткую шкалу. Только успевай работать ручкой КПП.
Пора пересаживаться в бензиновую машину. Ее характер спокойнее. Passat реагирует на действия акселератора точно и отзывчиво. Мотор тянет уверенно с самого низа и до максимальных оборотов, но без подхватов и волнующих ускорений. Посмотрите, разница между моментом на холостом ходу и максимальным – всего 50 Нм, так что подхватам взяться просто неоткуда. Но управляться с такой динамикой удобнее – передачи длинные, с прогнозируемой тягой во всем рабочем диапазоне. Пока мотор перегоняет стрелку тахометра из левого нижнего угла в правый нижний, можно немного передохнуть, не надо строчить рычагом коробки. Ага, есть 6 500 – переключаемся. Но эмоции, эмоции от разгона: Они есть, но не такие, как в случае с дизелем. Здесь уже не чудо-силач тянет машину, а какой-то механический робот-ускоритель, с постоянным, точно тарированным усилием. Теперь самое сладкое. Машины стоят бок о бок на одной линии. Напомним, что у бензинового Passat превосходство в максимальной мощности на 10 л.с. Но проявляется оно только после 4 500 оборотов. А у дизеля превосходство в моменте, которое проявляется во всем диапазоне. Ну, любители дрэг-рэйсинга, ваши ставки?
Синхронный старт. Первые секунды машины идут ноздря в ноздрю. Затем дизель уступает четверть корпуса – мотор быстро выкрутился, надо менять передачу. Из-за более редких переключений бензиновый Passat выходит вперед почти на корпус. С набором скорости этот отрыв уменьшается. По паспорту в упражнении «до сотни» дизель проигрывает своему противнику всего 0,4 секунды. Это разница в пределах водительской погрешности. И максимальная скорость меньше лишь чуть-чуть – 209 км/ч против 213.
Но это на зачетной прямой. Там водители бросают сцепление, уже раскрутив моторы. А в городе, чтобы угнаться за дизелем, «бензину» приходится постоянно держать обороты близко к красной зоне. Вспомните графики – там, где дизельный двигатель уже почти набрал свои 140 л.с. (3500 об./мин.), у бензинового под педалью пока только сотня. Чтобы набрать столько же, ему нужно еще 1 500 оборотов. При этом первый набирает обороты максимальной мощности почти моментально (вот оно, превосходство момента!), а второй – значительно дольше. И на шоссе, двигаясь со скоростью 120 км/ч, «дизелю» для ускорения не потребуется переключение, а бензиновый Passat попросит передачу пониже.
В общем, на практике все получилось так, как предсказывала теория. Максимальная мощность двигателя прежде всего определяет максимальную скорость автомобиля. А крутящий момент – быстроту достижения мотором этой максимальной мощности. Таким образом, при сопоставимой мощности пресловутый разгон до «сотни» будет даваться более «моментному» двигателю меньшей кровью – он требует меньшей раскрутки перед стартом машины. В «мирных» условиях повседневного вождения это весомый фактор. Но и мощность крайне важна: момент не может разгонять автомобиль бесконечно – только до определенной скорости, которая, естественно, ограничивается мощностью. Вот и получается, что «лошади» и «ньютоны» тесно взаимосвязаны, и разить ими по отдельности оппонента в споре о моторах – дилетантство.
Как бы то ни было, практический итог этого противостояния противоречит общепринятому автолюбительскому мировоззрению. Мы однозначно признаем победителем турбо-дизель. Именно он больше подойдет водителям, ценящим динамику и азарт разгона. К тому же на его стороне экономичность и дешевизна топлива. А педанты, оценивающие превосходство динамики по голым цифрам, и любители ровных характеристик найдут свою правду в более привычном пока для России «бензине». И еще – у него правильный звук, если для кого-то это имеет большое значение.
Между прочим, результат нашего небольшого исследования отвечает мировым тенденциям автопрома – современные турбо-дизели, догнав бензиновые моторы по мощности, склонили чашу весов в свою сторону, благодаря большему моменту. Так что от солярки россиянам, похоже, все равно не уйти.
В выводе напишим старую поговорку: Покупаем лошадиные силы, а ездим на моменте.
Что важнее: лошадиная сила или крутящий момент?
Бороздил просторы интернета и наткнулся на такую интересную статью. Поскольку до конца так и понимал в чем же отличие между этими двумя параметрами, решил почитать. И вы знаете, я таки понял в чем смысл мощности и момента! Настолько просто и понятно в статье всё написано. Решил посмотреть ещё статейки на эту тему, но другие были более громоздкие и запутанные, что я решил не захламлять себе голову ненужной информацией и на этом закрыть для себя данный вопрос. А если кому то интересно, может ознакомиться с этой статьей ниже или по ссылке:
Основная выжимка из статьи:
Мощность мотора – величина не постоянная, а зависящая, прежде всего, от оборотов двигателя. Рядом со значениями максимальной мощности всегда указываются обороты, при которых она достигается. Наибольшую мощность современные моторы выдают в среднем при 5500–6500 об/мин. Hо кто ездит в таких режимах? В обычной городской езде тахометр показывает 2500–3000 об/мин. Не сложно представить, что если свой максимум двигатель достигает, к примеру, при 6000 оборотах, то при 3000 оборотах мощность будет вдвое меньше. Поэтому чтобы быстро ускориться, вы должны держать обороты двигателя в диапазоне, где находится максимальная мощность. Вот почему часто приходится переходить на передачу вниз, тем самым увеличивая обороты двигателя. Теперь представим, что нужно совершить обгон. Тут как нельзя, кстати, пришлись бы все лошадиные силы мотора, чтобы максимально ускориться. Hо к сожалению, нельзя сразу весь «табун» (допустим мощность автомобиля 100 л. с.) мобилизировать. Двигатель должен раскрутиться до 6000 об/мин., при которых в вашем pаспоpяжении окажутся все 100 «лошадей». Для этого мотору нужно время. Вот здесь-то и играет решающую роль крутящий момент.
Мощность двигателя – это энергия, вырабатываемая двигателем. Эта энергия преобразуется в крутящий момент на выходном валу двигателя, изменяется в его коробке и редукторе ведущего моста (если он есть) и попадает на колеса.
Таким образом, крутящий момент – это то, что на самом деле толкает машину вперед, а мощность – это то, что этот крутящий момент производит.
Даже при маломощном двигателе, мы сможем тронуться и вести груз за счет подбора передаточного отношения в коробке передач на малой скорости. Но затем нам захочется ехать быстрее, а для этого нужно, чтобы был достаточный крутящий момент во всем диапазоне скоростей, что достигается подбором шестерен на всех передачах в коробке передач и запасом мощности двигателя. Крутящий момент – это сила, умноженная на плечо ее приложения, которую может «предоставить» двигатель автомобилю для преодоления тех или иных сопротивлений движению. Сила измеряется в ньютонах, рычаг – в метрах. Чтобы было совсем понятно, приведем такой пример: 1 Н·м – это сила, с которой 0,1 кг давят на конец рычага длиной 1 м. В двигателе внутреннего сгорания роль рычага исполняет кривошип коленвала, через который и создается крутящий момент.
Именно от него зависит время достижения двигателем максимальной мощности, а значит и динамика разгона. Образно говоря, крутящий момент это «пастух», который «сгоняет» в единую упряжку все лошадиные силы мотора. Чем больше крутящий момент, тем быстрее двигатель набирает обороты, и тем скорее собирается воедино вся мощь мотора, и, соответственно, тем лучше ускоряется автомобиль.
Второй важный нюанс – обороты, на которых мотор развивает максимальный крутящий момент. Если, к примеру, максимум выдается при 4000 об/мин, то нужно некоторое время, чтобы pаскpутить двигатель. Здесь-то и теряется время, столь важное при том же обгоне.
Другое дело, если максимальный момент двигатель выдает, скажем, при 2000 об/мин. Тогда нет проблем, вы просто давите на газ, и машина сразу набирает ход, не теряя времени на pаскpутку мотора.
Получается, что главное в крутящем моменте не только его величина, но и обороты, при которых она достигается. Чем они меньше, тем лучше.
Как правило, большим запасом крутящего момента отличаются многоцилиндpовые моторы, двигатели с наддувом. Абсолютными лидерами по крутящему моменту являются дизели, а особенно тракторные. Некоторые из них достигают своего максимума уже с 1500 об/мин. Такие двигатели называют «тяговитыми». Когда говорят, что двигатель «хорошо тянет внизу», это значит, что пик крутящего момента приходится на невысокие обороты, например, 1500–2000 об/мин.
Бензиновые двигатели по сравнению с дизельными развивают не самый большой крутящий момент. К тому же максимального значения он достигает только на средних оборотах (в районе 4000–4500). Зато бензиновые моторы могут раскручиваться до 7000–8000 об/мин, что позволяет им развивать довольно большую мощность. Ведь согласно вышеприведенному утверждению, мощность зависит от количества оборотов. По этой же причине дизельные двигатели (развивают не более 5000 об/мин) проигрывают в максимальной мощности бензиновым собратьям.
Максимальная мощность двигателя прежде всего определяет максимальную скорость автомобиля. А крутящий момент – быстроту достижения мотором этой максимальной мощности. Золотое правило механики: выигрывая в крутящем моменте, проигрываем в частоте вращения. При стартах на ускорение бензиновый двигатель у дизеля выиграет, так как последнему придется чаще переключать передачи, поскольку пик крутящего момента достигается моментально (вот оно, превосходство момента!), а это дает секундные замедления оборотов и соответственно скорости. Ради справедливости отметим, что такая ситуация будет наблюдаться на гонках по прямой. В обыденности же бензиновому двигателю придется держать обороты на максимуме, чтобы «погоняться» с дизелем. Или, скажем, на шоссе, двигаясь со скоростью 100 км/ч, «дизелю» для ускорения не потребуется переключение, а бензиновому нужна передача пониже.
Кстати, вышеприведенные примеры касаются только двигателей внутреннего сгорания. У электродвигателей или, скажем, паровых все с точностью до наоборот: чем меньше крутящий момент, тем выше мощность. Поэтому в наше время популярностью пользуются гибридные, бензиново-электрические силовые установки: там где двигатель внутреннего сгорания бессилен, в работу включается электромотор и наоборот.
А общий вывод такой: крутящий момент – это то, что на самом деле толкает машину вперед, а мощность – это то, что этот крутящий момент производит.
Так что платим за лошадиные силы, а ездим на моменте!
Крутящий Момент и Мощность. Кто кого и что важнее? Скандалы, интриги, расследования.
Вы хотите холивара дискуссии? Я хочу. Ведь в споре, как известно, один дурак, другой наглец рождается истина. Ну а я запутался, устал гуглить, сложил крылья и понял, что я — нифига не технарь, а вообще, судя по всему, гуманитарий:-)
Сегодня речь пойдет о Максимальном Крутящем ся Моменте (для краткости будем далее обозначать его МКМ) и Максимальной Мощности (ММ). Чтение Интернетов привело меня к тому, что спор что важнее — вечный и сродни спорам по поводу того какой привод или трансмиссия лучше:-)
Когда я был маленький (13 лет), я мечтал стал уличным гонщиком и рвать всех на папином ВАЗ 2107. Карманных денег на тюнинг не было — значит надо было натачивать мастерство. А как это сделать? Надо же знать в какую сторону идти, когда мне удастся заполучить в свои руки машину без отцовского присмотра (потому что под отцовским присмотром можно было по ушам получить за 4000 об/мин, не то что за участие в драге). Я знал, что у каждого ДВС есть два графика: момента и мощности. Знал я и паспортные обороты (из инструкции по эксплуатации), на которых Призрак Коммунизма теоретически достигает МКМ и ММ. Надо было это дело как-то увязать.
Из нее следовало, две посылки: «Момент же нас практически не интересует. Машину двигает мощность, хотя максимальное ускорение на каждой передаче происходит на максимальном моменте» и «То есть, нам надо стричь верхушки кривой мощности, дабы площадь под кривой была максимальной. Для этого надо крутить в любом случае выше ММ. В вырожденном случае надо переключаться точно на ММ, ежели кривая мощи там рушится вниз мгновенно, то есть на оборотах выше ММ момент равен нулю».
В 15 лет у меня появилась возможность проверить истинность этой статьи и да: рагоняться, переключаясь выше ММ получалось быстрее, чем по каким-либо другим алгоритмам. Вскоре я выработал следующий алгоритм разгона:
Старт — строго с оборотов МКМ, первая передача — почти до лязга пальцев — около 7000-7500 по заводскому тахометру, переключение со второй на третью — 6-7 тыс., на четвертую — строго на оборотах Максимальной Мощности (ММ) — 5600. Получалось достаточно быстро (побыстрее, чем за паспортные 17 секунд). Забавный момент — чем ниже была передача, тем дольше она «крутилась». Первая вообще позволяла весьма весело уходить в редлайн заводского тахометра (ну и дурачек же я был!)
Потом, в 10 классе, я наткнулся в учебнике по Физике за авторством Касьянова на задачку, суть которой была в том, что надо было найти мощность необходимую для разгона автомобиля до определенной скорости за определенное время. «Значит все-таки мощность!», — подумал я и забил на этот вопрос — для себя я уже, казалось, все решил и только усмехался с фразы «Мощность продает машины, а гонки выигрывает — Крутящий момент».
Однако настал момент, когда я вспомнил про Крутящий Момент! Началось всё с того, что Призрак Коммунизма стал не «гонкой» для летних покатушек, а вполне себе повседневным автомобилем, чтобы в университет ездить. И встал вопрос экономии топлива. Согласно каким-то заводским таблицам, максимальная экономичность достигалась на 4-ой передаче при движении 40 км/ч. Однако в жизни всё было не так — в таком режиме машина жрала бензин хоть и не ведрами, но всё-таки довольно сильно. Однако старшие товарищи из «Лада-клуба», сказали мне выкинуть те заводские таблицы и запомнить простую шоферскую истину: меньше всего автомобиль жрет топливо на оборотах МКМ! Проверка на дороге показала истинность этого утверждения. А ведь объясняется всё просто: на МКМ двигатель достигает пика своего КПД — так как у ДВС не только момент и мощность меняется нелинейно, но и КПД.
Потом у меня появились права и я пересел на «Венту». И вот здесь выяснились забавные вещи: Призрак разгонялся резвее при выполнении одного маленького условия — машина должна быть незагруженной. А вот на дополнительную нагрузку «Жигуленок» реагировал намного более болезненно. Вспомнился давнишний «стритрейсерский» спор водителей «БМВ» и «Хонды». «Хонда» налегке могла выехать у БМВ с той же мощностью, но стоило в салон «Хонды» сесть четырем крепким парням, как машина сдыхала, а БМВ такой нагрузки почти не ощущал. МКМ? Вероятнее всего.
В студенческие годы я писал небольшую казуальную флеш-игру похожую на «гоночки» из тетриса. «Фишкой» этой игры был более-менее реалистичный разгон машинок («ВАЗиков»). Но была задачка — как реализовать физическую модель разгона. Мне помог мой декан, дав следующую ссылку: www.gamedev.ru/code/articles/Racing_Simulator
Там была расписана достаточно подробная и правдоподобная физическая модель, из которой мне понадобились лишь мотор и кпп. Рост оборотов в этой модели был привязан к Крутящему Моменту (float additionRPM = torq / Inertia — pow(1.0f — torq, 2) * BackTorque;), а Мощность не учитывалась вообще (бида-бида). При реализации этой модели, разгон машинок получился ну уж слишком неправдоподобным. Однако стоило мне поменять всего лишь одну переменную (заменить Крутящий момент на Мощность) — как машинка повела себя ровно так, как вел бы себя в жизни типичный «Жигуленок».
С игрой, кстати, был связан прикольный глюк, заставивший меня поверить в мистику. В игре был баг связанный с нагревом машины, из-за которого, если машинка стояла, температура двигателя росла весьма опасно и жестоко. Забавно было то, что Призрак Коммунизма в это время тоже стал перегреваться зимой, если машина стояла. Никаких подтеков ОЖ не было. Реальную машину перестало глючить только тогда, когда я нашел и исправил баг в компьютерной игре. Такие дела
Однако однажды сосед дал мне свою BMW 530tds E39. Это был первый дизель в моей жизни и меня поразило то, КАКОЕ ускорение он дарит именно на МКМ. Я понял, что зря смеялся с фразы «Крутящий момент выигрывает гонки» — на так мною любимом автослаломе, за счет МКМ такой БМВ нивелировал свои немалые габариты. С тех пор я стал уважительнее относиться к «тракторам», что закончилось тем, что сейчас я сам езжу на «турботракторе». Однако я не особо загонялся на тему МКМ и ММ — были вопросы в жизни и поважнее.
Однажды я натолкнулся на вопрос в «Ответах@mail.ru» про то что важнее: МКМ или ММ. Забавно было то, что никто из ответчиков не сказал, что Мощность, по сути своей, есть Момент умноженный на обороты. Все в один голос сказали, что от МКМ зависит то, как быстро машина разгонится, а от ММ — какую максималку наберет. Школьные и университетские знания по ДВС говорили, что этот ответ — неверный. Но понять где именно — я не мог.
А затем, на одном из форумов я нарвался на такой комментарий:
CSM 28.05.2012 в 14:21
Опять про городские легенды в комментах школота пишет. Запомните две вещи:
1) Расход топлива двигателем от его объема зависит только когда двигатель работает на холостом ходу. В рабочем режиме расход топлива зависит от совершаемой им работы и его КПД, и ни от чего более. Так что двигатель 5.0 вполне может жрать меньше микролитражного 1.5, и не может, а жрет меньше! В одинаковых условиях эксплуатации. Т.к. его КПД значительно выше. Другое дело, когда из 1.5 литрового можно выжать максимум допустим 50 кВт мощности, а из 5.0 литрового — 200 кВт мощности — вот тогда 5-ти литровый будет жрать ведрами топливо. Но если его искуственно ограничить до 50 кВт (электроникой или водителем, т.е. заставить жать тапку на не более, чем 50 кВт) — расход будет меньше 1.5 литрового движка.
2) Крутящий момент двигателя не влияет ни на какие динамические характеристики авто, это маркетинговая цифра для лохов. В реальности применяется только инженерами для расчетов КПП и дифференциала. Динамические характеристики авто зависят напрямую от момента на колесах, который в свою очередь получается исключительно из запаса мощности двигателя в текущий момент времени. А запас мощности — это разность между максимальной мощностью двигателя и текущей мощностью двигателя. Так что чем больше лошадей, тем больше ускорение и выше скорость, а момент на двигателе на это вообще никак не влияет, разве что впарить лоху очередную машину…
Этот комментарий не только жестоко надругался над легендарной фразой «Мощность продает автомобили, а Крутящий момент — выигрывает гонки», но и разорвал все мои шаблоны. Он звучал правдоподобно, но что-то в нем было не то. У меня сложилось ощущение, что автор — нахватался разных истинных знаний из разных источников и скомпилировал их в неверный вывод. Но звучало это так уверенно, что я усомнился в своих знаниях и отправился в мир Гугла и учебников по физике, параллельно советуясь в личке со многими видными «драйверами».
Итак, что меня смутило в этом комменте. Посылка первая про расход топлива. С одной стороны всё верно: различные виды топлива (будь то дрова или бензин), способны совершать работу, завязанную на теплоту их сгорания. В общем, при равном КПД, чтобы переместить тушку массой М на расстояние S надо будет в любом случае сжечь N определенного топлива и на литраж откровенно пофигу. Но есть две заковыки. Заковыка первая — КПД от литража не зависит, насколько я знаю. Вторая заковыка — пятилитровый мотор будет тупо весить больше полуторалитрового с равным КПД:-) А масса мотора обязательно должна учитываться в массе тушки, которую мы двигаем. Ну и третий момент — при равном ходе педали газа дозировать 200кВт несколько сложнее чем 50кВт.
Что касается второй посылки, то сложилось ощущение что человек на машине нормально не ездил, а только книжки читал:-) МКМ очень хорошо ощущается. На «верховых» моторах именно он дает это ощущение «второго дыхания». А в остальном — пересказ статьи из первой ссылки.
Итак, я выложил здесь различные мнения, свое мнение, свои практические наблюдения. Где я ошибся? Где ошиблись источники информации здесь приведенные?
Комментарии 553
Ну т.к. вопросам моделирования динамики машин (ну это грубо, там нюансов еще гора) я посветил достаточно много своего времени (пару-тройку лет это точно). В общем и целом так:
1. Удельный расход топлива (л/квт*ч) действительно имеет минимум очень близко к точке максимума момента. Вызвано тем, что на пике момента наименьшие потери на газодинамику, плюс частота вращения еще не на столько высока, чтобы потери на трение давали большой вклад в общий баланс потерь. В общем — это все верно.
2. Сам по себе момент величина статическая и без привязки к информации о скорости (частоте вращения и т.д.) не несет информации об энергетической составляющей движения. Ну т.е. если, грубо говоря, в стену сильно упереться, то к определенным точкам этой стены будет приложен существенный момент. Но скорость ноль и мощность тоже ноль, стенка никуда не поехала. а момент-то есть 🙂
Но если все более правильно рассмотреть, то мощность это произведение момента на частоту вращения, а если совсем правильно, то P=M*n*Pi/30, где P мощность в Вт, M — момент в Нм, n — частота вращения в об/мин.
Иными словами имея перед глазами график мощности, всегда однозначно из него пересчитывается в каждой точке график момента и наоборот. Скажу по секрету, что при замере на стенде, сам стенд измеряет именно мощность на колесах и частоту вращения двигателя, а момент просто пересчитывает. График момента на распечатке со стенда — расчетная величина 🙂
Всю динамическую характеристику автомобиля можно построить как по балансу мощности, так и по балансу сил (если брать в расчет только момент, но с привязкой к оборотам, разумеется), разницы никакой нет, но.
Корректнее было бы называть две цифры:
— максимальная мощность мотора
— мощность мотора при максимальном моменте
Правда это слегка разрушит шаблоны маркетологов, но даст гораздо больше представления о реальных возможностях мотора.
Но в реальности объективную эффективность мотора по ускорению автомобиля описывает численный интеграл именно мощности от зоны МКМ до отсечки, а не пиковые значения мощности и момента!
Это очень важное отличие!
Далее. Если мы говорим об удобстве эксплуатации, то есть такая штука как коэффициент приспособляемости мотора, это отношение максимального крутящего момента к крутящему моменту в точке максимальной мощности. Иными словами это крутизна спада момента после пика. Чем круче спад момента с ростом оборотов после максимума, тем коэффициент приспособляемости выше и тем приятнее «ездить на моменте»…
Так вот этот коэффициент говорит об удобстве реальной ежедневной эксплуатации мотора в разы больше информации, чем само значение пикового момента. Коэффициент приспособляемости хоть и косвенно (математически), но на самом деле очень хорошо пропорционален интегралу мощности в зоне от МКМ до ММ, иными словами, еще более правильно с точки зрения содержания информации было бы описывать возможности мотора другими двумя числами:
— максимальная мощность
— коэффициент приспособляемости.
И если сравнить два мотора одинаковой пиковой мощности, то более эффективным в плане динамики обязательно будет тот мотор, у которого выше коэффициент приспособляемости, причем, практически пропорционально этому коэффициенту.
Так вот тут самое интересное, что коэффициент приспособляемости на практике сильно зависит от степени форсировки мотора (литровой мощности), и как правило он максимален у низкофорсированных моторов и минимален у крутильных зажигалок (речь пока об атмосферниках, турбы не в счет).
Так вот топовые кольцевые моторы имеют коэффициент порядка 1.03-1.06, а американские V8, у которых с 6 литров 140 лошадей (грубо :)) имеют коэффициент приспособляемости 1.6 и иногда выше. Кстати, сказать, дизели имеют очень большой коэф.приспособляемости.
Иными словами, если взять мотор цивика 140 л.с. и 6-ти литровый «неэффективный» V8 с такой же мощностью, то общая фактически реализуемая энерговооруженность американца будет раза в полтора выше, а максимальная мощность как бы равна. Так же в сравнении и с дизелем той же мощности.
Собственно, отсюда и пошла фраза, что момент выигрывает гонки, хотя физически она совершенно некорректная :). Верное то, что у мотора с высоким моментом при равной максимальной мощности будет выше интеграл мощности (или коэффициент приспособляемости) и поэтому такой мотор быстрее.
В общем, спорить об этом не нужно 🙂 Учите физику, господа 🙂 Всем хорошего вечера 🙂
Во многом согласен, но по Вашей логике на драге дизеля должны быть самыми быстрыми. Либо что-то не так, либо просто недописали 🙂
Хочу обратиться к Автору за советом. В моем случае автомобиль Альфа Ромео весьма оборотистым двигателем. МКМ на нем достигается на 4500 об/м. Подрыв автомобиля ярко ощущается на любой из 5 передач. Вопрос в следующем, если я буду двигаться на 3-й передаче со скоростью 95 км/ч, то теоретически расход будет меньше, по сравнению с 4-й и тем более 5-й передачами, обороты которых на данной скорости будут значительно меньше. А именно такими (95км/ч) 3 передача — 4500 (МКМ данного двигателя) 4 передача — 3375, 5 передача — 2790. Расходомера у меня не установлено, но по опыту однозначно расход на 10км/ч на 5-й значительно выше чем на 4-й. Отсюда у меня смелое предположение, что 3-я передача с учетом угловых скоростей и стремительно возрастающим сопротивлением воздуха, вероятно, будит еще меньше кушать, но именно в этом скоростном диапазоне (80-95км/ч). Заранее спасибо за ответ.
скажем древний атмосферник v8 5,7 л а-ля Шевроле Каприс, там лошадей то всего 178 (+/-вроде) на почти две тонны веса.
но момент 400 н/м. Только на оборотах наверно макс 3000
Все прекрасно ж едет, ускоряется.
Во первых, хочу высказать уважение за попытку разобраться в вопросе…
По мне, правильно было сказано, что максимальный момент (достигается при лучшей «продувке») достигается при максимальном КПД, а лошади — это грубо говоря, теоретически максимальная скорость. Лошади, как раз лоховской параметр для «менеджеров среднего звена»…
Т.е. после пика, пока момент ещё не успел упасть — мы его падение, условно говоря, на 15% — компенсируем приростом оборотов на 25% и получаем заветные лошадиные силы, только расход в таком случае возрастает в разы…
Момент — это первичная характеристика двигателя, а л.с. — это синтетическая маркетинговая панацея для тех, кто не мог разработать нормальный мотор, но не боялся, рискуя ресурсом, раскрутить его…
Т.е. условно можно представить два мотора:
1) 200Нм 1000-3000Rpm
2) 100Нм 2000-6000Rpm
Максимальная мощность одинаковая, но первый более тяговит, а второй более оборотист, теоретически можно получить одинаковую динамику, если во втором случае увеличим совокупное передаточное число кпп/редуктора в 2 раза.
От запаса момента, как раз, и зависит «потянет» ли загруженная машина или нет…
Крутящий момент, насколько я думал, эта сила с которой двигатель крутит колесо. Т.е. сила прикладываемая для движения автомобиля через рычаг, которым есть колесо. Измеряется она в ньютонах (единицах измерения силы) приложенных к метру квадратному (площадь). А мощность, которая измеряется в Ваттах, это работа проделанная за единицу времени. Соответственно чем сильнее двигатель крутит колеса тем быстрее ускоряется, проделывая при этом работу за определенное время т.е. розвивая мощность. Я почти уверен что много мощности без момента бесполезная вещь, потому что рано или поздно то вы достигните максимальной мощности, но время которое потребуется что-бы ее развить будет бесконечно длинным.
Например некоторые вариаторы при динамичном разгоне держат обороты двигателя именно в приделах максимального крутящего момента. Ну и скажем фольцовский ТиеСаЙ такой интересный в разгоне именно из-за раннего крутящего момента и болки оного длиной в 3500 оборотов.
+1 интересная мысль
имею 2 копейки в спор старых и новых технологий:
— турбодизель 1.4Hdi 70л.с. 170Нм при 1800
— старый кризисный псевдоамериканец 2.3 карб 107л.с. и 170 Нм при 3200
вес авто почти одинаковый — 1160 и 1320 соответственно.
В принципе на прямой передаче при 2-3 тыс. об. на трассе ведут себя одинаково — что однозначно плюс молодому европейцу.
А вот на 1-й передаче несмотря на одинаковый крутящий момент, и к тому достигаемый при гораздо ранних оборотах (документально) молодой абсолютно проигрывает старому, на нем невозможно буксонуть без сцепления даже на грунтовке, а старичку нажал на педаль — и на асфальте буксует. Кроме того, старт: я еще ни разу старичка не задавил, хотя люблю трогаться на минимальных оборотах или даже на холостых, а на молодом чуть ошибся с акселератором — и заглох.
Так что крутящий момент — это круто наверное, но силы инерции иногда думают по-другому 🙂
имею 2 копейки в спор старых и новых технологий:
— турбодизель 1.4Hdi 70л.с. 170Нм при 1800
— старый кризисный псевдоамериканец 2.3 карб 107л.с. и 170 Нм при 3200
вес авто почти одинаковый — 1160 и 1320 соответственно.
В принципе на прямой передаче при 2-3 тыс. об. на трассе ведут себя одинаково — что однозначно плюс молодому европейцу.
А вот на 1-й передаче несмотря на одинаковый крутящий момент, и к тому достигаемый при гораздо ранних оборотах (документально) молодой абсолютно проигрывает старому, на нем невозможно буксонуть без сцепления даже на грунтовке, а старичку нажал на педаль — и на асфальте буксует. Кроме того, старт: я еще ни разу старичка не задавил, хотя люблю трогаться на минимальных оборотах или даже на холостых, а на молодом чуть ошибся с акселератором — и заглох.
Так что крутящий момент — это круто наверное, но силы инерции иногда думают по-другому 🙂
Все напутано до нельзя. Крутящий момент, напрямую связан с инерцией накопленной на коленвале, это одно.
А по части сравнительного теста, а именно про пробуксовку и глушение двигателя при трогания с места, тут два основных фактора. Первый — по разному настроены коробки передач, у первого передаточное число на первой передаче меньше, чем у второго, поэтому и на первом автомобиле и глохнешь при трогании. Второй — скорее всего на новом авто стоит система антипробуксовочная система (система контроля тяги), которая не дает буксовать колесам при старте.
Читать форумы не имеет смысла, пацаны наигрались в NFS.
Расход топлива двигателем от его объема зависит НЕ только когда двигатель работает на холостом ходу.
Режим старт стоп не очень решает.
Ограничить электроникой большой мотор до 50 квт не вопрос, но жрать он будет много.
Мелкий моторчик чаще работает в более нагруженном режиме, нежели большой двигатель.
Мощный двигатель часто работает на расслабоне — в этом режиме низкий КПД.
КПД мотора зависит от оборотов — в этом фишка.
Именно поэтому сейчас ставят наддув на относительно небольшие моторы.
А крутящий момент — как не крути — гонку выигрывает 🙂
Смотря какую гонку
Так говорят крутые гонщеги.
Кстати, обнаружил ошибку в своем тексте:правильнее будет сказать КПД мотора зависит от его нагруженности, а не оборотов.
Накосячил малость.
Что же касается расхода топлива, то по анализу каталожных данных для бензиновой машины гольф-класса конца 90-х — начала 00-х со стандартной 5-КПП и многоточечным впрыском (не непосредственным и без варьируемых фаз газораспределения), то расход на среднефорсированных машинах с объемом 1.5-1.8 наиболее экономичен и, в общем, не различается. 2.0 может быть как чуть более прожорливым, так и с таким же аппетитом. Движки 1.1-1.2 достаточно часто едят чуть БОЛЬШЕ, чем 1.6. При росте объема выше 2 л в 4-цилиндровых движках расход потихоньку растёт (движок тяжелее, больше значения движущихся масс). При повышении мощности с помощью турбонаддува расход растёт не сильно (меньше, чем прри повышении мощности за счёт объема). При увеличении количества цилиндров расход вырастает заметно (предполагаю, из-за увеличения массы и трения в двигателе).
Так что по идее при движении в одинаковом режиме при одинаковых условиях двух идентичных за исключением двигателя машин в одинаковом состоянии будет примерно одинаковым
Спасибо и за второй развернутый коммент. В принципе, достаточно логично
График мощности и крутящего момента и КПП. Возьмём два двигателя с максимумом мощности на 6000 об/мин и максимумом тяги на 3000 об/мин, но у первого тяга будет выражена в узком диапазоне средних оборотов, у второго – практически линейна между 3000 и 5000 об/мин. При условии, что с этими двигателями работают 5-КПП с одинаковыми усредненными передаточными числами, первый двигатель перекручивать не имеет смысла, т.к. после переключения на 3-4 передачи обороты будут выше оборотов МКМ, его скорее имеет смысл недокрутить и переключится в районе 5000 об/мин. Второй же движок есть смысл крутить благодаря сохраняющейся довольно высокой тяге на оборотах выше оборотов МКМ (не проигрываем при переключении).
Явно, первый двигатель при разгоне будет проигрывать второму. Как это компенсировать? Например, можно добавить в КПП еще одну передачу так, чтобы первая и последняя сохранили свое передаточное число, а остальные передаточные числа изменить так, чтобы передачи «сблизились», т.е. после переключения на следующую передачу обороты падали не так сильно. Таким образом двигатель будет работать в основном в зоне оптимальных оборотов. Пример – тягачи с 18 передачами и крайне узким рабочим диапазоном двигателя.
Возьмём следующий случай. Два двигателя одинаковой мощности, но у одного при мощности 200 л.с. на 8000 об/мин момент будет составлять 220 Нм на 5000 оборотах(условная хонда), а у другого при 220 л.с. на 6000 об/мин максимальная тяга будет 300 Нм на 4200 об/мин (условный БМВ). Первый движок при сопоставимой мощности на коленвале менее моментный, значит, для передачи достаточной тяги на колёса главная пара должна иметь более высокое передаточное отношение, т.е. являться по сути редуктором по сравнению с главной парой у БМВ. Для простоты предположим, что колёса обеих машин изначально крутятся с такими же оборотами, что и коленвал. Если (опять же, для простоты) предположить, что после изменения главной пары на хонде колеса стали крутится 6000 оборотов, когда движок крутится 8000, то можно обнаружить следующую картину: мощность «на колесах» БМВ останется прежней, т.е. 220 л.с. на 6000 об/мин и 300 Нм на 4200 об/мин, а у хонды станет составлять 200*8/6=267 л.с. на 6000 об/мин и 220*8/6=293 Нм при 5000*6/8=3750 об/мин. Отсюда становится понятной динамика хонды.
Но и тут не все так просто. Почему же хонда так увядает при лишнем мешке картошки? Да потому, что обороты высокого крутящего момента у неё находятся высоко – внизу движок «не тянет», в отличие от БМВ, обладающей более ровным характером. И даже после пропускания через редуктор тяга внизу остаётся неприлично малой, т.е. хонде с лишним мешком картошки тупо нужно больше времени, чтобы докрутиться до тех оборотов, чтобы можно было конкурировать с БМВ.
Ещё одна закономерность: чем ниже обороты МКМ относительно оборотов ММ, тем более растянутые передаточные числа будут у машины. Так, если мы разделим передаточное число 1й передачи на передаточное число 5-й (высшей), то у хонды значение будет около 3.5-3.8, у БМВ около 4.5, а у дизельного авто с сопоставимой динамикой может быть и 6 (после повышения передаточного числа главной пары по принципу, противоположному описанному на хонде, нормализованное значение оборотов МКМ будет около 2500, а мощность и момент на колёсах понизятся)
Что касается машины redzub’а, то, в связим с вышенаписанным, напрашиваются два вывода: 1) вазовский мотор довольно бодр и выше оборотов МКМ, и 2) передаточные числа в вазовской коробке слегка растянуты для таких значений массы авто, мощности и момента движка и характеристики кривых можности и момента. Уж не знаю какой нюанс тут играет большую роль, скорее всего оба более-менее равноправны. Если на Призраке 4-КПП, то передаточные числа слишком растянуты наверняка (напоминаю, что чем больше ступеней, тем, как правило, ближе друг к другу их передаточные числа).
Технического образования не имею, всё вышенаписанное — плод моих личных сумасшествий и корпения над каталогами, поэтому за возможные неточности, «открытия велосипеда» и тому подобное прошу сильно не пинать