В попередній статті було піднято питання вибору між дизельним і бензиновим двигуном. Тепер настала черга пояснити, що означають дві найгучніші характеристики двигуна: потужність і крутний момент.
Недосвідчені покупці швидше за все навіть не чули про термін «крутний момент», і автовиробники роблять акцент на максимальній потужності двигуна, для того що б продавати свої вироби. Знаючі люди активно просувають правило: «Кінські сили продають автомобілі, а везе крутний момент».
Розберемося, хто ж правий.
Фізика.
Згадаймо шкільний курс фізики. Немає приводів для хвилювання, в статті буде всього пара коротеньких формул.
Формули для сили і потужності:
F = m * a, де F - сила, m - маса, а - прискорення.
N = F * V де N - потужність, F - сила, V - швидкість.
звідси N = m * a * V.
Перевіримо формулу на даних реального автомобіля:
- Марка, модель: BMW M5 F10;
- Максимальна потужність двигуна: 560 к.с.. (412 кВт.);
- Розгін від 0-100 км / ч .: 4,3 c .;
- Споряджена маса: 1 945 кг.
Що б розігнати автомобіль масою 1945 кг. до 100 км / год (27,778 м / с) за 4,3 секунди (прискорення дорівнює 27,778 / 4,3 = 6,46 м / с2) нам буде потрібно потужність: 1945 * 6,46 * 27,778 = 358,9 кВт. або 487,9 к.с.. Однак це потужність на колесах, тобто до неї необхідно додати близько 10% для отримання потужності на маховику, що б врахувати втрати в трансмісії і навісного обладнання. Отримуємо розрахункову потужність 536,7 к.с.. Через мінливості крутного моменту, а так само часу перемикання передач і опору повітря фактична максимальна потужність повинна бути вище розрахункової, але в цілому, розраховане значення виглядає правдоподібно, відхилення менше 5%.
Для атмосферного автомобіля ВАЗ 2112 потужністю 90 к.с.. час розгону за розрахунками становить 13,5 секунд, що цілком відповідає роликам на youtube.com.
Після довгого аналізу формул робимо висновок: прискорення на конкретних оборотах залежить від крутного моменту. Максимальна потужність - узагальнений показник здатності автомобіля прискорюватися до конкретної швидкості за певний час або набирати задану максимальну швидкість.
Чи є користь від формули на практиці?
Припустимо, що ми вибираємо собі автомобіль. Варіант А: BMW 1M, Двигун 3 літри, 450 Нм, 340 к.с..
Варіант B: BMW M135, двигун 3 літри, 450 Нм, 326 к.с..
Максимальний крутний момент однаковий, а ось потужність різниться. Недосвідчений покупець скаже, що Варіант А повинен розганятися швидше.
Подивимося на графік потужності і моменту цих двигунів з сайту http://www.nauka-avto.ru/
Два верхніх графіка (майже збігаються) відповідають нашим варіантів. Варіант А виграє тільки за рахунок незначного збільшення моменту (і отже потужності) в діапазоні 5250-6750 об / хвилину. Звичайно при однакових коробках передач, масі, гумі і тд. варіант А буде розганятися швидше, але крутний момент вище лише в дуже вузькому діапазоні оборотів і отже відчути ефект можна тільки підтримуючи обороти близько до червоної зони.
Але якщо максимальна потужність досягається в діапазоні вище 5000 об / хв, то як автомобіль прискорюється до 100 км / год практично за розрахунковий час, якщо у формулі значення потужності постійно, а у автомобіля воно коливається в дуже великих межах?
Вся справа в тому, що при розгоні двигун працює на низьких і середніх оборотах дуже короткий проміжок часу. Через пробуксовки коліс, прослизання дисків зчеплення, або дисків в гідротрансформаторі, використання систем launch control автомобіль може рушати і з оборотами 3000-4000 об / хв. Звичайно, це веде до зменшення ККД трансмісії, але зростання потужності за рахунок оборотів компенсує зниження ККД.
Виходить, що недосвідчений покупець мав рацію і для стартів зі світлофора більше підходить автомобіль з більшою потужністю, нехай навіть вона доступна тільки в малому діапазоні оборотів.
Але фактично Варіант В має менший час розгону від 0-100 км / год за рахунок 8-ми ступінчастою роботизованою коробки передач, проти механічної 6-ти ступінчастою у BMW 1M. Додаткові ступені довше підтримують двигун в оптимальному діапазоні оборотів і висока швидкість перемикань економить час. Сучасна роботизована коробка передач еквівалентна 10% збільшення потужності в порівнянні з механічною коробкою передач.
На жаль в повсякденному житті старти зі світлофора - даремне заняття. Для правильного вибору автомобіля, який задовольняє Вашим потребам необхідно оцінити не тільки значення крутного моменту при максимальній продуктивності, але і діапазони в яких ці значення досягаються, а так же тип трансмісії.
Але не варто забувати, що відгук на педаль газу і крутний момент речі не пов'язані, всупереч розхожій думці.
Максимальний крутний момент вимірюється при повному навантаженні - педаль газу «в підлогу». А відгук на натиснення педалі в першу чергу залежить від типу двигуна, наявності турбін або компресора, оборотів, налаштувань електронних систем, налаштувань коробки передач. Наприклад сучасні блоки управління налаштовані робити педаль газу більш «задумливою» для економії палива та відповідності нормам викидів, але потужність і момент у таких автомобілів вище. А відгук на педаль газу на спортивному атмосферному двигуні з добре налаштованим карбюратором, за словами очевидців, поступається тільки електрокарам, при цьому крутний момент і потужність у таких моторів в рази нижче, ніж у турбированних конкурентів.
PS За розрахунками вийшло, що у BMW M135 час розгону не може перевищувати 5,3 с. ( факт - 5,8 ), При заявлених 4,7 с., А у BMW 1M розгін не може перевищувати 5,1 с. при заявлених 4,9 с. Ще цікавіша ситуація з Nissan GT-R - для розгону за 2,8 с., Зазначені в характеристиках, його потужність повинна становити близько 700 к.с., але мотор видає не більше 550 к.с. фактичний час близько 3,5-3,8 секунд - збігається з розрахунковим.
До розрахункових показників часу або потужності необхідно додавати не тільки 10% для компенсації втрат в трансмісії, а й ще 10% для обліку мінливості моменту, часу перемикання передач, зчеплення з дорогою і сопростівленіе повітря. Таким чином максимальна потужність і час розгону 0-100 км / год не надто показові при порівнянні різних автомобілів.
Перелік вивертів на які йдуть автовиробники, що б поліпшити показники, залишимо для іншого разу.
Обороти.
Звернемося знову до графіка крутного моменту. Якщо розглядати тільки одну передачу, то прискорення буде вище тоді, коли більше крутний момент. Для всіх «цивільних» моторів (включаючи атмосферні, турбовані і компресорні) крутний момент вище на середніх оборотах, так як налаштування систем двигуна дозволяє суміші згоряти оптимально саме на них.
Але якщо прискорення максимально на середніх оборотах, то навіщо розкручувати двигун до "червоної зони" при розгоні?
Мал. 2. Так залежить крутний момент (М1 ... .М5) або тягова сила (Fтяг 1 ... Fтяг 5) на провідній осі від включеної передачі. джерело: http://wiki.zr.ru/Мощность_момент
Коробка передач влаштована таким чином, що б швидкість обертання коліс змінюється в дуже широких межах, відповідала швидкості обертання колінчастого вала двигуна, який змінюється в більш вузьких межах. Чим більше максимальна швидкість на даній передачі, тим нижче передається крутний момент. Дана пропорція є лінійної. При збільшенні швидкості обертання коліс в такій же пропорції зменшується крутний момент за рахунок зміни передавальних чисел в коробці передач.
На графіку добре видно, що максимальний момент досягається при використанні нижчих передач, при цьому падіння моменту (і динаміки розгону) з ростом оборотів набагато менше падіння від зміни передачі. Тому для максимального розгону необхідно підтримувати при максимальній швидкості.
Виняток становить тільки остання передача автомобіля. Незалежно від кількості передач і типу коробки остання передача проектується для економії палива, а максимальна швидкість, часто, досягається на передостанній передачі.
Для тих, хто подужав дам ще одну цікаву формулу: потужність автомобіля в лс. дорівнює обертів двигуна помножити на крутний момент в н / м на даних оборотах і розділити на 7027,22.
N = W * M / 7027,22
Коефіцієнт 7027,22 включає в себе коефіцієнти переведення Вт. в лс., а так само крутного моменту в силу і тд.
[Джерела: За кермом , НаукаАвто , BMW ]
Чи є користь від формули на практиці?Але якщо прискорення максимально на середніх оборотах, то навіщо розкручувати двигун до "червоної зони" при розгоні?