Матчасть 16. Крутящий момент и Лошадиные силы
Доброго утра мои маленькие любители сисечек, и других женских прелестей) сегодня мы с вами продолжим развивать наши извилинки, для тех кто не любит большие и маленькие молочные железы, а любит поковырять мотор, ждет приятная пища для ума)
Продают лошадиные силы, а гонку выигрывает крутящий момент.
Пойдем от истории, к практике.
Тяговые возможности моторов еще с момента рождения самоходных колясок(не ну а как еще назвать повозку Генри Форда?) принято оценивать по мощности, которая выражается в лошадиных силах. Из-за отсутствия в те далекие времена методики расчета и определения мощности до 1906-1907 годов эта характеристика двигателя имела не вполне четкое обозначение – она показывала приблизительную мощность – «от» и «до», например, от 15 до 20 л.с.(как вы понимаете, ваша машина тоже имеет приблизительную мощность, а в документах указана МАКСИМАЛЬНОЕ значение лошадиных сил. запомните это на всякий случай)
С 1907 года этот неточный показатель мощности разделили на два значения, например, 6/22 л.с. В первую цифру заложили значение налоговой ставки, а во вторую – мощность. Введенная налоговая лошадиная сила соответствовала определенному значению рабочего объема двигателя: 261,8 куб. см для четырехтактных моторов и 174,5 куб. см – для двухтактных. Появление такого способа установления налоговых ставок было обусловлено зависимостью рабочего объема двигателя от количества вырабатываемой им энергии и потребления топлива. Обозначать мощность в киловаттах (кВт), согласно международной системе измерений СИ, начали значительно позже.
На самом деле «мощность» отражает тяговые возможности двигателя лишь косвенно. С этим согласятся те, кто ездил на автомобилях-одноклассниках с двигателями приблизительно равной мощности и объема. Они наверняка заметили, что одни автомобили достаточно резвы начиная с низких оборотов, другие любят только высокие обороты, а на малых ведут себя достаточно вяло.
Много вопросов возникает у тех, кто после легковушки с 110-120-сильным бензиновым мотором пересел за руль такой же машины, но с дизельным двигателем мощностью всего 70-80 л.с. По динамике разгона, не используя спортивный режим (высокие обороты), на первый взгляд маломощный «дизель» с легкостью обойдет своего бензинового брата. В чем же здесь дело?
Мощность, которую производит двигатель, называется лошадиная сила. С точки зрения математики, одна лошадиная сила — это мощность, достаточная для поднятия груза массой в 75 кг на высоту 1 метр за 1 секунду, или мощность, достаточная для поднятия груза массой в 4500 кг на высоту 1 метр за 1 минуту. В физике мощность имеет простое определение, как скорость выполнения работы.
Мощность двигателя в л. с. измеряется при помощи динамометра. Динамометр подает нагрузку на двигатель и измеряет касательное усилие, прилагаемое коленвалом двигателя, для сопротивления данной нагрузке. Обычно это тормозная нагрузка, препятствующая вращению колес.
При этом динамометр измеряет эффективный крутящий момент двигателя. В автомобиле крутящий момент измеряется на различных скоростях вращения двигателя, или оборотах в минуту (об/мин). Для получения мощности в лошадиных силах, необходимо подставить эти два значения в формулу: крутящий момент умножить на об/мин и разделить на 5252. Общество автомобильных инженеров выделяет два стандарта определения мощности в лошадиных силах: нетто и брутто. При измерении мощности брутто, с двигателя снимаются многие нагрузки, включая управление выхлопом. Мощность нетто можно узнать при испытаниях автомобилей в выставочных залах, и именно это значение используется в рекламе и фиксируется в технической документации производителя.
Соотношения мощности и крутящего момента
1 л.с. = 745.7 Нм в секунду.
Л.с. напрямую связаны с крутящим моментом по времени. В наших условиях можно перевести время в обороты коленвала двигателя.
Таким образом, конечное соотношение будет иметь примерно вот такой вид:
Мощность = (Крут. момент * RPM) / 7120.756, где
Мощность — л.с.
Крутящий момент — Нм
RPM — обороты коленвала, об/мин
Запомните это соотношение. Имейте в виду, что динамометры меряют только крутящий момент, они не меряют мощность. Кривая мощности полностью вычисляется с помощью вышеприведенного соотношения.
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.
Изменения кривой крутящего момента (желтая кривая) очень сильно отражаются на изменении кривой мощности (синяя кривая). И не смотря на то, что кривая момента может быть ровной или даже слегка спадать, мощность двигателя может расти из-за растущих оборотов двигателя. Конечно, такое может продолжаться лишь до тех пор, пока вдоль диапазона оборотов кривая момента не начнет спадать быстрее, чем могут вырасти обороты двигателя, что в результате сказывается на падении мощности в данном диапазоне.
Кривые крутящего момента и мощности тут находятся на одной оси. Обманный трюк дино-стендов — когда кривые момента и мощности находятся на разных осях. Потому что когда эти кривые находятся на одном графике — соотношение между ними гораздо нагляднее.
В целом, есть только два способа повысить мощность — повысить крутящий момент или повысить обороты. Сейчас многие двигатели с небольшим крутящим моментом могут добиться больших значений мощности благодаря способности сохранять уровень момента близкий к пиковому на высоких оборотах двигателя.
Теперь, когда основы вроде как изучили, перейдем к вопросу, почему максимальные значения мощности не всегда всё решают…
Пиковая мощность против Средней мощности
Максимальная мощность: 142 л.с.
Средняя мощность: 117,2 л.с.
Это пример дино-графика стоковой Хонды Integra GS-R. Многие сразу же обращают внимание на значение максимальной мощности, не утруждая себя подсчетами средней мощности. Сильный диапазон мощности определяется "зоной под кривой". Автомобиль, у которого площадь фигуры созданной кривой будет самой большой, окажется самым быстрым в реальной жизни. Многие "серьезные тюнеры" разочаровываются из-за того, что в реальной жизни авто оказывается не таким быстрым, как обещали пиковые значения максимальной мощности по графикам. Но такие люди преимущественно предпочитают мериться письками, демонстрируя распечатки дино-графиков, а не при помощи реальных соревнований. Средняя мощность крутящий момент дают лучшее представление о "зоне под кривой" и насколько хороший у автомобиля диапазон мощности.
Стоковая GS-R: Макс. мощность = 142 л.с. Средняя мощность = 117.2 л.с.
GS-R 1: Макс. мощность = 160 л.с. Средняя мощность = 112.4 л.с.
GS-R 2: Макс. мощность = 152 л.с. Средняя мощность = 125.8 л.с.
Машина, которая выдает "больше всех мощности" на самом деле выдает меньше всех мощности из-за диапазона, который еще меньше, чем у стока. В реальных условиях 160-сильная GS-R с большим трудом могла бы держаться за стоковой GS-R как только выходила бы за пределы своего узенького диапазона высокой мощности.
Максимальная мощность играет небольшую роль в общей картине мощности, которую выдает двигатель, но по какой-то причине — это любимая вещь для определения, у кого гениталии больше) Вот интересно, почему же на дино-графиках не показывают значения средней мощности двигателей, не смотря на то, что это очень просто можно посчитать? Наверно потому что это помешает продаже моднявых тюнячек, которые прибавляют "дофигища мощи", но при этом лишь в очень узеньком диапазоне оборотов…
Дальше рассмотрим графики двух GS-R, которые демонстрируют одинаковую пиковую мощность. Как же определить, какая из них быстрее, без наложения графиков?
Анализируем мощностные кривые
С какой стороны посмотреть на графики? Что делать, если у нас нет базового графика, с которым можно было бы сравнивать?
Двое разных людей достигли планки в 200 л.с. на своих GS-R. В одиночку без сравнения этих графиков между собой будет трудно понять, у кого эти 200 л.с. круче.
Фишка крепкого рабочего диапазона — достичь пика крутящего момента в сравнительно ранней точке и удержать его уровень для получения хороших уровней мощности. Это почти всегда компромисс — получить большую пиковую мощность или достичь максимума момента на низших оборотах.
Таким образом, секрет кроется в кривых крутящего момента, поскольку мы уже знаем, что мощность и крутящий момент имеют прямую пропорцию по оборотам коленвала. Если глянуть отдельно на каждый из двух графиков показанных выше, первый достигает пикового крутящего момента раньше и держит его, пока второй достигает пикового момента гораздо позже.
Попробуем наложить эти два графика один на другой и посмотрим, что получится.
Хотя было сказано, что обе машины выдают 200 л.с., GSR1 будет гораздо быстрее. Заметьте, что пиковый крутящий момент у GSR1 тоже больше.
На высоких оборотах не нужно много крутящего момента чтобы сделать много мощности, поэтому когда рассматриваются двигатели с близкими значениями пиковой мощности, можно быть уверенным, что двигатель с большим крутящим моментом будет иметь лучший рабочий диапазон.
Таким образом стало понятно, что важна не максимальная мощность, а форма кривой момента в определенных диапазонах, которая позволит получить наилучшую производительность.
Цель и средства
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.
Ну и теперь вырезка из какой то статьи, которая очень наглядно покажет нам разницу крутящего момента
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.
Вот как то так, на статью потрачено около 8 часов. так что просьба тем кто ниосилил, избежать всяких гадостей про многобукф
мой инстаграм Storogilov
Уважаемые, кто прочитал, отписывайтесь о прочтенном, а то может слишком заумная солянка получилась)
PS разжигающие холивар бензин-против дизеля, и разводящие бурлящие говна, будут наказаны) сначала удалю комментарий, потом запрещу комментировать.(это вынужденная мера, я никого ни к чему не призывал, просто объяснил что у дизеля чаще всего "полка момента более ровная")
Крутящий момент в лошадиные силы
Чему равна мощность двигателя (N) если известен его крутящий момент (Мкр) и обороты (n) при которых он достигается.
Формулы
Мощность в киловаттах:
Пример
Для примера определим мощность двигателя ВАЗ 2106 (1.6 литра), у которого максимальный крутящий момент составляет 116Нм при 3000 об/мин:
N(в л.с.) = 116⋅ 3000 / 7022 ≈ 50 л.с.
Мы определили не максимальную мощность двигателя, а мощность при заданных оборотах, при которых достигается максимальный крутящий момент. А максимальная мощность достигается при максимальных оборотах, которые может развить двигатель.
Максимальная мощность двигателя ВАЗ 2106 (1.6 литра) — 74 л.с. при 5000 об/мин (по документам). Крутящий момент при таких оборотах может быть заметно меньше максимального.
Что такое крутящий момент? Что такое лошадиная сила?
Каждый автопроизводитель всегда ищет преимущество над своими конкурентами. Чаще всего автомобильные компании обращают внимание именно на мощность автомобиля, пытаясь тем самым привлечь к себе потенциального покупателя. Но мощность автомашины не говорит еще о том, что автомобиль в действительности таковым является. Например автомобиль, имеющий большую мощность в лошадиных силах вполне может быть слабее другого автомобиля, у которого меньшее количество этих лошадиных сил, но больший крутящий момент. В чем же разница между этими двумя измерениями? Что они обозначают? На ваше удивление, эти, совершенно разные по своему смыслу измерения, очень даже между собой взаимосвязаны.
Некоторые транспортные средства при небольшом объеме двигателя имеют довольно большую мощность. Так, рекордсменом среди традиционных атмосферных двигателей является спортивный автомобиль Honda S2000 производство которого было прекращено несколько лет назад. Этот спортивный автомобиль как лезвие самурайского меча, был очень резким и довольно быстрым.
Первые модели этой марки машины оснащались 2,0-х литровым бензиновым двигателем мощностью в 240 л.с. . Потрясает здесь только одно, что достигнуть такой мощности Японской автокомпании удалось без использования в двигателе турбонагнетателей (турбин). Вся мощность, которую выдавал двигатель автомобиля Хонда S2000, была естественной, и все это благодаря возможности работы двигателя почти- что на 9000 оборотах. Вы можете теперь представить какой рев мотора был при максимальном ускорении автомашины?
Но если подробнее ознакомиться с техническими характеристиками этого автомобиля, то можно увидеть, что сам крутящий момент у двигателя составляет всего 208Нм (Ньютон-метр), что сопоставимо с простыми маломощными автомобилями.
Но не смотря на такие скромные данные Honda S2000 была мощным автомобилем, и это достигалось благодаря лишь бешенным оборотам ее двигателя который, ревел как звук сирены или воздушной тревоги, где эти обороты постоянно находились в опасной зоне красной линии тахометра.
Возьмем для рассмотрения например, другой, совершенно противоположный автомобиль, такой, как Dodge Ram 3500-пикап. Покупатели могут выбрать для себя супер-мощную комплектацию этой машины с дизельным двигателем от компании Cummins, объем которого составит 6,7 литра, который будет выдавать мощность в 330 л.с. с крутящим моментом 895Нм. Это очень мощный и сильный автомобиль, который способен сдвинуть с места все что угодно (Примеч. авт. «или почти-что все»)
Происхождение лошадиных сил
Есть один поворотный момент в истории, когда всего один человек сыграл огромную и немаловажную роль в оказании содействия в развитии всего мира, в котором мы и продолжаем жить по настоящее время. Этим человеком стал инженер-изобретатель- Джеймс Уатт, положивший начало промышленной революции в Англии, а затем, начиная с 1700-ых годов, и во всем мире. Самыми знаменитыми изобретениями Джеймса стали, так называемый ножной стартер и улучшенный паровой двигатель, который инженер сделал более эффективным, более мощным и более производительным. Но это еще не все. Данный изобретатель впервые в мире, разработал и создал паровой котел (паровой двигатель), а также, придумал понятие для мощности, которая выражается, в «Ваттах» (Ватт), в лошадиных силах и в крутящем моменте.
По своей сути, понятия и систему измерения мощности Джеймс Уайт придумал для того, чтобы при продаже своих паровых котлов (двигателей) ему было бы проще объяснить потенциальному клиенту, какую мощность может выдавать его котел. Ведь согласитесь, намного проще сказать покупателю котла следующее:- «паровой двигатель будет выполнять работу двух лошадей», чем сказать, да еще и в 18-веке,- мощность парового двигателя составляет N-ое количество «Нм» или «Фунт-Футов» силы. Никто бы его не понял.
Используйте силу
Сила- это самое главное, чтобы достичь какой-то скорости. Ведь без затраты определенных сил не будет и необходимой скорости. Соответственно от сюда вытекает следующее, скорость будет зависеть от того, какой объем силы мы затратили для достижения скорости. Для примера: Если расстояние в несколько метров пробежать за 5 секунд или за 10 секунд, то соответственно и сила, которую мы затратим для этой короткой пробежки будет различна друг от друга. Ведь для более быстрой пробежки необходима и большая сила.
Другой пример: Если вы передвигаете в доме мебель, а вы хотите ее передвинуть как можно быстрее, то вам необходима куда большая сила, если эту же мебель передвигать медленнее и не спеша. Выходит, что сила при такой работе куда важнее, чем та же скорость.
Л.с. и Н.м.
Мощность и крутящий момент в моторе неразрывно между собой связаны, так как эта лошадиная сила происходит из крутящего момента. Формула для расчета мощности двигателя очень проста.
Изначально необходимо, силу, которая выражается в Ньютон-метрах (Н.м.) надо умножить на 0,7376, все это для того, чтобы перевести значения в Британскую и Американскую единицу измерения силы (Фунт-Фут), далее, воспользовавшись выше указанной формулой умножить таковые данные на количество оборотов двигателя (RPM), и, полученное после умножения значение необходимо разделить на число 5252 . В итоге мы получим приблизительное к точности значение мощности самого двигателя, которое и будет выражаеться в лошадиных силах. На примере нижеуказанной формулы нами был сделан расчет мощности двигателя при силе 100 фунт-фут (1000 оборотов в минуту двигателя). Из этого примера видно, что при силе в 100 фунт-футов и 1000 оборотов в минуту мощность двигателя составила приблизительно около 19 л.с.
Разницу между мощностью и силой легко понять еще на одном примере. Допустим, что вы на автомобиле буксируете какой-то груз в гору, значит вам будет необходим низкий крутящий момент, но естественно потребуется и больше силы для более легкого буксирования. А если же вы хотите максимально быстро разогнать свой автомобиль с 0 до 100 км/час, то ему потребуется уже максимальное количество оборотов двигателя, а силы для такого разгона за короткий промежуток времени уже потребуется не так много. Но чем больше будет мощность двигателя, тем быстрее вы разгоните свою автомашину до 100 километров.
Поэтому различная грузовая и подъемная техника всегда, как правило оснащается дизельными двигателями, которые имеют большую тягу и не высокое максимальное количество оборотов двигателя, если их сравненивать с бензиновыми силовыми агрегатами. Дизельные двигатели способны передвигать транспортные средства имеющие огромную весовую массу. Но такой автотранспорт из-за небольшого количества л.с. очень медленно трогается и разгоняется.
Вот почему, такой автомобиль как Honda S2000 может сорваться с места и разогнаться до 100 километров в час примерно за 6 секунд, Dodge RAM 3500 может буксировать груз весом более 8000 тыс. килограмм (на прицепе). Это и есть абсолютное различие между крутящим моментом и лошадиной силой.
В транспортных средствах есть еще один элемент, который помогает автомобилю передавать крутящий момент на колеса,- это коробка переключения скоростей передач, которая предназначена для передачи максимального крутящего момента при определенной скорости. Например, тракторные тягачи и трактора для перевозки тяжелых грузов в прицепах оснащаются большими дизельными двигателями, у которых большой крутящий момент и большая сила, которая выражается в Ньютон-метрах (Н.м.). Но такие двигатели не имеют большого количества лошадиных сил. Такие двигатели созданы не для разгона транспортного средства до высокой скорости, как правило, они нужны в основном для перевозки тяжелых грузов. Некоторые такие тракторы оснащены 10 ступенчатыми коробками передач.
Так мощность и крутящий момент непосредственно близко связаны друг с другом. Лошадиная сила зависит от крутящего момента (силы Н.м.) и от количества оборотов в минуту двигателя.
Крутящий момент по своей сути,- это сила и мощность с которой можно сделать определенную работу. И чем меньше затрачивается времени для выполнения (или набора определенной скорости) такой работы, тем больше мощность самого автомобиля, которая выражается в лошадиных силах.
Автомобиль, который с места может преодолеть 1,5 километра всего за 4 секунды, нуждается в более большей мощности, чем та автомашина, которая проезжает это же расстояние за 12 секунд.
Мощность с колес и с маховика, что влияет на точность замеров
Измерение мощности на динамометрическом стенде, вроде вс` просто, но почему так много вопросов возникает? Мощность — с колес, с маховика. Единицы измерения мощности в лошадиных силах индикаторная (механическая), а может метрическая или d киловаттах. Думаю, многим будет интересно с этим раз и навсегда разобраться.
Начнём с Джемса Уатта и его парового двигателя, и постепенно дойдем до самых современных методов измерения мощности, используемых в автомобильной промышленности и гоночной индустрии.
Джеймс Уатт (1736-1819) был ученым из Шотландии, инженером, изобретателем, а также инноватором, человеком, который смог извлечь выгоду из своего изобретения. Более того, можно сказать, что он был одним из первых тюнеров двигателей. Все началось с того, что к нему обратился его друг профессор физики Джон Андерсон с просьбой отремонтировать действующий макет паровой машины Ньюкомена. Паровая машина Ньюкомена существовала уже пятьдесят лет до него, и применялась большей частью для откачки воды и поднятия угля из шахт, однако, за всё это время она ни разу не была усовершенствована, и мало кто разбирался в принципе её работы.
Первым значительным усовершенствованием Уатта на паровой машине стало внедрение в 1769 году изолированной камеры для конденсации. А в 1782 году он изобретает машину двойного действия. В итоге, после “тюнинга” от Уатта эффективность паровой машины увеличилась более чем в четыре раза, и она стала легко управляемой.
К сожалению, машина оставалась бесполезной для изобретателя, как и любое другое изобретение без создания коммерческого спроса. Необходимо было начать продвижение изобретения.
И тогда Уатт предложил использовать паровую машину с доработанным механизмом для поднятия угля из шахты, и тем самым заменить традиционный источник энергии — лошадь. Лошади в то время были использованы для подъема угля до уровня земли. Но как объяснить прижимистым шахтовладельцам, что им предлагают купить более эффективную альтернативу, и оценить преимущества нового приспособления?
Уатт сделал измерения на нескольких лошадях и рассчитал производительность средней рабочей лошади в течение всего рабочего дня. После расчетов именно Уатт дает название этой единице измерения – “Лошадиная сила”, которое в дальнейшем звучит как BHP (brake horsepower) и imp HP (imperial horsepower). Теперь он мог шахтовладельцам показать выгоду, т.е. сколько лошадей они могли бы заменить при использовании одного парового двигателя, а для себя начинать рассчитывать прибыль в предвкушении радужных перспектив.
Однако, все попытки Уатта поставить свои изобретения на коммерческую основу не имели успеха до тех пор, пока не состоялась судьбоносная встреча с предпринимателем Мэттью Болтоном. Совместная компания «Boulton and Watt» (англ. Boulton and Watt) успешно работала на протяжении двадцати пяти лет, в результате чего Уатт становится весьма и весьма состоятельным человеком.
А вот дальше начинается небольшая путаница. Изначально Уатт использовал индикаторные единицы измерения (Imperial units) т.е. фунт и фут (pounds and feet) и следующий расчет – средняя лошадь способна поднять груз 550 фунтов на высоту 10 футов за 10 секунд.
Остальная Европа хотела определение на основе метрических единиц. Это почти, но не совсем, то же самое. Английская или индикаторная (imperial) лошадиная сила при преобразовании в метрическую, показывает на 1.5% более высокие числа. Метрическая л.с., используемая в большинстве европейских стран, определяется как 75 кгс·м/с, то есть как мощность, затрачиваемая при равномерном вертикальном поднимании груза массой в 75 кг со скоростью 1 метр в секунду при стандартном ускорении свободного падения (9,80665 м/с²).
На Втором Конгрессе Британской Научной ассоциации в 1882 году принимается уже новая единица измерения мощности — ватт (обозначение: Вт, W), названая в честь Джеймса Уатта (Ватта), создателя универсальной паровой машины. До этого же при большинстве расчётов использовались введённые Джеймсом Уаттом лошадиные силы.
Ватт – единица измерения мощности в Международной системе единиц (СИ).
1 ватт определяется как мощность, при которой за 1 секунду времени совершается работа в 1 джоуль. Таким образом, ватт является производной единицей измерения и связан с другими единицами СИ следующими соотношениями:
Вт = Дж/с = кг·м²/с³
Вт = H·м/с
Или, если через лошадей, то поднятие груза 1000 Ньютонов (98.1 кг) на высоту 1 метр за 1 секунду. Единица измерения кВт (киловатт)
Мощность в киловаттах всегда и во всем мире будет одинакова, а вот лошадиные силы разные. Для перевода можно использовать следующие коэффициенты:
1 кВт = 1.34 л.с – английское обозначение HP. Используется в основном в Англии и США.
1 кВт = 1.36 л.с — Лошади́ная си́ла (русское обозначение: л. с.; английское: hp; немецкое: PS; французское:CV) — внесистемная единица мощности. Используется в большинстве европейских стран и России.
1 HP Англо-американская л.с. равняется = 1.015 Русско-европейской л.с.
Также для пересчета англо-американского крутящего момента в международную систему СИ:
1 lb-ft = 1.36 Нм
КРУТЯЩИЙ МОМЕНТ
Крутящий момент (Torque) является хорошим индикатором способности двигателя выполнять работу. Момент силы имеет размерность “сила на расстояние” и имеет единицу измерения Nm или lbf-ft.
Совпадение размерностей этих величин — не случайность; момент силы 1 Н·м, приложенный через целый оборот, совершает механическую работу и сообщает энергию 2π джоулей
Где:
T = крутящий момент
Wb = эффективная работа за один оборот
Крутящий момент на самом деле то, что вы чувствуете во время вождения автомобиля. Давайте представим, что мы хотим растолкать автомобиль. Когда мы начинаем толкать авто, которое трудно сдвинуть с места, мы прилагаем усилие или крутящий момент, передающийся на колеса, даже если машина остается бездвижна. Только, когда мы сдвинем авто с места, будет произведена работа. Время, в течение которого мы толкаем, и определяет мощность, которую мы имеем.
Для демонстрации концепции, давайте представим, что у машины нет аэродинамического сопротивления, трения и т.д., и попросим 120 килограммового штангиста растолкать машину, начиная с 0 км/час, пока он не достигнет своей максимальной скорости (где-то 20 км/час). В этой точке он больше не будет прилагать усилие (момент), а просто будет бежать с машиной (не забывайте, что в нашем эксперименте нет сопротивления, потерь и т.д.). Скорее всего, он разовьет 20 км/час (свой максимум) через 50 метров.
Если же мы попросим растолкать машину 90 килограммового чемпиона мира в беге на 100 метров, то он скорее всего через 50 метров достигнет только 15 км/час, но будет продолжать разгонять (ускорять) машину. Когда он достигнет скорости 20 км/в час, то он будет продолжать ускорятся, прилагать момент для ускорения машины, скажем до 30 км в час. Для того, чтобы протолкать машину на 100 метров штангист и бегун затратят одинаковое количество времени, и точку 100 метров они достигнут в один момент времени. Это значит, что у штангиста и бегуна одинаковая мощность.
Если же машину будет толкать здоровенный мужик с моментом и силой, как у штангиста, и скоростью, как у бегуна, то он будет продолжать ускоряться, толкая машину, и в точке 50 метров при достижении скорости 20 км/ч. И в итоге затратит меньше времени на 100 метров, так как его мощность больше, чем у штангиста и бегуна. Если все это перевести на язык машин, то штангист – это американский 5-литровый “Шеви”, бегун – “Хонда Интегра 1.8”, а здоровенный мужик – “Порше турбо”.
Теперь мы понимаем, что мощность и крутящий момент величины, связанные между собой. В тематических автомобильных журналах и на интернет форумах чаще всего используют формулу, описывающую соотношение между крутящим моментом и мощностью. Кривая мощности и крутящего момента всегда будут пересекаться при частоте вращения коленчатого вала 5252 об/мин в английской (imperial) системе измерения и при 9549 об/мин при использовании kW и Nm (международная система СИ).
ИЗМЕРЕНИЕ МОЩНОСТИ, Dynamometer. Какая разница между мощностью с колес и на маховике?
Ключ к пониманию чего-нибудь заключается в определении основных слов объекта (предмета). Dynamometer – состоит из двух слов (dynamo) — это греческое слово обозначающее power in motion – мощность, сила в движении. Второе слово meter также имеет греческое происхождение – измерение. Или просто “Дино” – можно описать, как стенд (машина) для измерения мощности в движении.
Существует два типа “Дино” (стендов) – моторный стенд (engine dynamometers) и роликовый, барабанный, колесный стенд (chassis dynamometers). Для того, чтобы измерить мощность двигателя на моторном стенде, необходимо его снять с машины и установить на моторный стенд, подключив напрямую к маховику. Для этого используются специальные адаптеры, также необходимо подключить систему охлаждения и т.д. Данная процедура занимает много времени. Поэтому этот вид стендов в основном используют разработчики моторов.
Для тюнинга автомобилей такой вид стендов используется редко из-за сложности подключения, больших трудозатрат и т.д. Для целей доводки двигателей более эффективен колесный стенд по экономическим соображениям. Гораздо дешевле использовать колесный стенд, и вот о них мы сегодня и поговорим.
Колесный стенд – специально спроектирован для измерения мощности. Двигатель, генерирует мощность на маховике, которая в свою очередь передается в КПП через сцепление. КПП далее передает мощность через дифференциалы, привода, карданный вал на колеса. Все эти механизмы поглощают часть мощности и как результат, мощность, поставляемая к колесам – меньше, чем на маховике двигателя. Потери могут варьироваться от 18% до 28%. Мощность на колесах это то, что определяет характеристику, эффективность автомобиля.
Количество потерь варьируется от автомобиля к автомобилю, очень много зависит от типа трансмиссии, размера и давления в шинах, температуры КПП, подшипников и т.д и даже от того, как автомобиль пристегнут к стенду.
Колесные стенды делятся на несколько типов: инерционные, нагрузочные со своей классификацией. Большинство колесных стендов спроектированы на измерение мощности только с колес, но есть те, которые способны сделать замер мощности не только с колес, но и с маховика. Для этого, данный тип стендов производит замер не только мощности с колес, но и определяет потери, вот для этого и измеряют свободный выбег.
Выбег: Свободное движение системы вращающихся масс стенда и колеса (колес) с испытуемой шиной, затухающее под действием сил сопротивления их вращению.
Давайте взглянем на результаты замера на популярном автомобиле Skoda Octavia II-го поколения с двигателем 1.8 TSI
Как я уже писал выше, на замер мощности с колес оказывает влияние множество факторов (размер колес, сход-развал, давление и тип шин, температура и вязкость масла в КПП, редукторах и т.д.), но эти погрешности в основном относятся к возникающим потерям, которые измеряются отдельно, после замера мощности с колес методом выбега.
На данном примере я покажу, как влияет замер мощности в зависимости от выбранной передачи. Первое условие – необходимо выбрать передачу, на которой происходит замер, как можно ближе к передаточному соотношению 1:1. В основном это предпоследняя передача в КПП. Скажем, на 5-ти ступенчатой КПП это будет 4-я передача. На испытуемой Шкоде установлена 7-ми ступенчатая КПП DSG. Для наглядности мы сделаем замер на 5-й и 6-й (жирные линии) передаче и наложим полученные графики замеров друг на друга.
Как мы видим максимальная мощность и крутящий момент, на маховике, в обоих случаях практически идентичен (207 л.с, 270 Нм). А вот потери (зеленные линии) сильно отличаются – 54.5 л.с на 6-ой передачи против 40.6 л.с. на 5-ой. Разница составила 14 л.с и соответственно мощность с колес отличается на такую же величину (147,5 л.с против 162 л.с с колес). Вывод – если вы решили сравнить данные замеров мощностных характеристик двух автомобилей, то, как минимум, (если не учитывать также значительные потери от размера колес и т.д.), необходимо знать на какой передаче был сделан замер (может там вообще на 3-й передаче).
Далее, точка максимальной мощности с колес и с маховика очень редко приходятся на одни и те же обороты двигателя. Если посмотреть на вышеуказанный график, то максимальная мощность с колес при замере на предпоследней передаче приходится на 4800 об/мин, а с маховика в обоих замерах на 5400 об/мин.
Объяснение этому очень простое. Как мы уже рассмотрели, мощность является соотношением крутящего момента умноженного на частоту вращения и поделенное на константу (в зависимости от системы измерения). Следовательно, после того, как кривая момента начинает падать, начинается и уменьшение прироста мощности, НО! возникающие потери продолжают только увеличиваться, соответственно мощность с колес не только будет иметь меньший прирост с увеличением оборотов двигателя, а также может начать падать (как в примере жирная синяя линия). Ситуация еще больше усугубляется на автомобилях 4х4, так как там значительно выше потери, в сравнении с передним приводом рассматриваемым в данном примере.
Возникающие потери в основном зависят от скорости автомобиля (скорости вращения колес) – чем выше скорость, тем больше потери. Поэтому при замере на разных передачах, на одних и тех же частотах вращения двигателя будут различные потери и естественно различные значения мощности с колес.
Возможно, для одного поста много информации, которой хотелось поделиться. В дальнейшем, я расскажу о различных факторах, влияющих на точность замера, при работе на диностендах, исходя из своего многолетнего опыта. И, конечно, раскрою многие секреты “читерства”на диностендах, не только сленгом все больше прорастая в российскую реальность после 15 летнего заграничного путешествия . Уже 3 месяца в России, продолжение следует…