Поруч із багатьма характеристиками машини особливе місце займають потужність і крутний момент двигуна. Незважаючи на інтерес до цих параметрів, для пересічного автолюбителя при виборі авто вони ніколи не є вирішальними. Його куди більше хвилює марка, модель, комплектація, тип та витрата палива, вартість. Навіть колір зазвичай важливіший за якісь конячки і ньютони. Тим не менш, для багатьох ця тема цікава хоча б у теоретичному аспекті. Завдання даного матеріалу на Авто без СТО - простими словами пояснити, що таке потужність і момент, чим вони принципово відрізняються, і на що впливають на практиці.
Потужність
Потужність механізму почали вимірювати задовго до появи автомобілів у 1789 році. Вона була названа терміном "кінська сила", і призначалася, щоб показати перевагу парових машин перед реальними живими конями. Обрахували її емпірично - спостерігаючи за кіньми. Способів було кілька, але найзрозумілішим є наступний. На практиці було встановлено, що один здоровий кінь міг тривалий час тягнути вантаж вагою 75 кг із постійною швидкістю 1 м/с. Підставивши отримані значення фундаментальну формулу з фізики, обчислили, що потужність одного коня - 735,5 Вт.
Кінська сила донині залишилася одиницею виміру потужності, проте, офіційної одиницею, все-таки, є ват (Вт). До речі, обидві одиниці були придумані та обраховані Джеймсом Уаттом, який відзначився багатьма досягненнями, включаючи винахід парового двигуна, що прийшов на заміну коням.
Потужність двигуна внутрішнього згоряння - означає, скільки і якої роботи зможе виконати агрегат за одиницю часу. Вона залежить від об’єму, технологічності, типу та інших критеріїв. Потужність ДВЗ залежить від обертів. Чим вони вищі, тим більше палива спалюється в камерах згоряння, тим більше енергії виділяється, тим більше роботи може виконати мотор, і тим вища його потужність.
У параметрах автомобілів завжди вказується максимальна потужність. Виражається вона відразу двома одиницями - кВт та л. с. (кіловати та кінські сили). Ці дві одиниці взаємопов'язані, як, наприклад, метр і фут (100 см та 30 см). Вище сказано, що 1 л. с. - Це 735,5 Вт (або 0,736 кВт). Відповідно, 1 кВт – це 1,36 л. с.
На що впливає максимальна потужність? На максимальну швидкість, що може розвивати машина. На динаміку розгону. Потужність впливає на витрату палива, оскільки чим більше ми його спалимо, тим більше корисної роботи зможе виконати двигун.
Як можна збільшити потужність? Для цього треба «змусити» двигун спалювати більше палива за ту саму одиницю часу. І не просто спалювати, а робити це ефективно. Щоб досягти цього, застосовується кілька способів. Наприклад, можна збільшувати об'єм двигуна за рахунок збільшення об'єму камери згоряння (чим більше діаметр поршня, тим вищий об'єм) або нарощування їх кількості. Ще можна подати в камеру згоряння більше паливно-повітряної суміші на робочий цикл. Це робиться за допомогою турбін та іншими способами.
Крутний момент
Крутний момент тісно взаємопов'язаний із потужністю. Щоб дізнатися потужність конкретного двигуна, спочатку вимірюють момент. Як і потужність, момент сильно залежить від оборотів двигуна, але трохи по-іншому принципу.
Для початку з'ясуємо, що являє собою поняття — крутний момент. Для наочності візьмемо затягнутий болт, який треба викрутити. Щоб це зробити, нам треба прикласти до нього певну силу так, щоб змусити його обертатися. Якщо спробуємо відкрутити болт голими руками, у нас мало що вийде. Мало сили. Щоб вирішити проблему, можна покликати богатиря, який має сили в руках більше. А можна взяти ключ, який є нічим іншим, як важелем, що збільшує силу за законом Архімеда.
Крутний момент - це сила, що прикладається в даному випадку на тіло, яке треба крутити. У двигуна внутрішнього згоряння ця сила навпаки виділяється. На колінчастому валу. А використовується вона для обертання коліс автомобіля. Чим більша ця сила, тим краще двигунові вдасться долати сили, що чинять опір обертанню колеса. Цих сил дуже багато – тертя, кочення, маса автомобіля, ухил і навіть зустрічний вітер.
Про крутний момент треба знати ще дещо. Якщо потужність неухильно зростає з холостих і до відсічення, то момент спочатку підвищується, стабілізується, а ближче до максимальних обертів починає знижуватися. Відбувається це через збільшення втрат на тертя, нагрівання та інше.
Обидва параметри прийнято відображати на тому самому графіку у вигляді двох кривих. Як правило, крива потужності постійно і стабільно йде вгору, а в районі відсічення стабілізується. Крива моменту спочатку різко підскакує, потім тримається в діапазоні середніх оборотів на одному рівні, а ближче до відсічення починає знижуватися.
Вимірюється крутний момент в ньютон-метрах (Н*м), і в теорії може бути обчислений, якщо відома потужність. Для цього треба потужність кВт помножити на коефіцієнт 9549 і розділити результат на кількість обертів коленвала в хвилину.
Хоча практично все робиться навпаки. Машина ставиться на стенд, який створює опір колесам. Двигун долає цей опір, і яку силу він приклав для цього — вимірюється приладами. Далі справа техніки. Отриманий момент множиться на коефіцієнт 9549 і оберти на хвилину. Виходять кіловати потужності, які легко перетворити на більш звичні народу кінські сили.
Якщо ви читаєте цей матеріал не на сайті Авто без СТО, то його вкрали і, швидше за все, скоротили для уявної унікальності. Щоб прочитати повну версію статті та подякувати цим автору за виконану роботу — відвідайте вказаний ресурс. Його легко знайти через будь-який пошук. До того ж, на Авто без СТО є що почитати корисного і цікавого.
Що важливіше на практиці?
Якби всі двигуни мали однакову конструкцію та принцип роботи, то цього питання ніколи б не виникло. Була б стабільна пряма залежність, однакова для всіх автомобілів - чим більший крутний момент, тим і потужність для його створення потрібна велика. Однак на практиці все набагато складніше.
Один двигун при максимальній потужності 180 л. с. видає 240 Н*м моменту, а інший потужніший (200 к. с.), але крутного моменту видає всього 200 Н*м. Який із цих двигунів кращий?
Щоб відповісти на такі питання, треба спочатку визначитися, навіщо нам потрібен двигун. Так, якщо ми хочемо розганяти автомобіль до максимальної швидкості, то нам потрібен той у якого двигун більш потужний. Якщо ж нам треба максимально інтенсивно прискорюватися, то для цих завдань потрібен тяговий мотор, тобто, у якого крутний момент більший. Це дуже спрощене пояснення, яке ігнорує безліч факторів. Але саме за таким принципом це працює.
Другорядні фактори
Потужність і крутний момент, як голі цифри, ще не роблять один автомобіль кращим, швидшим, динамічнішим від іншого. У розрахунок треба також брати такі фактори:
- Маса автомобіля - чим машина легша, тим швидше вона прискорюватиметься і до більшої максимальної швидкості зможе розігнатися. Існує навіть такі поняття, як кінські сили чи ньютон-метри на кілограм. Наприклад, мотоцикл масою 300 кг та з двигуном потужністю 300 л. с. легко зникне за горизонтом, якщо за ним гнатися машиною з двигуном тієї ж потужності, але масою під 2 тонни.
- Трансмісія - коробка передач значною мірою впливає на максимальну швидкість та динаміку автомобіля. Тип трансмісії – механіка, автомат, варіатор – теж значною мірою впливають на ці показники.
- Зчеплення з дорожнім покриттям - іноді впливає на динаміку автомобіля більш значною мірою, ніж потужність і крутний момент. Якщо нормального зчеплення немає, то левова частка роботи двигуна буде витрачатися на марне тертя шин об покриття.
- Діаметр коліс — навіть це впливає на динаміку автомобіля. Принцип наступний. Чим більшого діаметра колеса, тим більша максимальна швидкість і гірше прискорення. І навпаки.
Таких факторів можна навести кілька десятків, і всі вони тією чи іншою мірою будуть впливати на динаміку та максимальну швидкість автомобіля. Деякі навіть значніші будуть, ніж потужність і крутний момент двигуна.
Для рядового автолюбителя важливо засвоїти, що двигун автомобіля найбільш ефективний і економічний тоді, коли працює на максимальному крутному моменті. У бензинових двигунів це діапазон між 1500 та 3000 об/хв. У дизелів трохи нижче. Саме в таких діапазонах і потрібно тримати оберти під час їзди, і тоді витрата палива буде мінімальною, а запас динаміки — максимальним.
