Про кінські сили і крутний момент

«Продає автомобіль потужність, а розганяє - крутний момент». Про вплив двох цих характеристик на динамічні якості ще поговоримо, але що правда, то правда: в очах пересічного автолюбителя потужність - один з найважливіших параметрів автомобіля. Однак далеко не кожен відразу зможе пояснити «на пальцях», що таке потужність (не кажучи вже про крутний момент), як вона вимірюється і чому саме в кінських силах. З останнього і почнемо ...

Причому тут коні?

Це зараз за одиницю потужності Міжнародною системою одиниць (СІ) прийнятий ват (1 Вт - це потужність, при якій за 1 секунду відбувається робота в 1 джоуль). До цього широко використовувався термін «кінська сила», який ввів винахідник парової машини Джеймс Уатт. Він розрахував, яку роботу виконують на вугільних шахтах коні, що піднімають за допомогою блоків бочки з породою. З'ясувалося, що в середньому один кінь за одну хвилину здатна підняти вантаж масою 180 фунтів на висоту 181 футів, або ж 33.000 фунто-футів в хвилину.

Незважаючи на те, що потужність давно вимірюється в ватах, багато хто до цих пір використовують і кінські сили. Тільки слід враховувати, що «конячки» бувають двох «порід»: розраховані Уаттом і до сих пір прийняті в Великобританії і США англійські hp (1 hp = +745,69988145 Вт) і метричні PS (1 PS = 735,49875 Вт). Тобто двигун потужністю 100 кВт розвиває порядку 136 «метричних» к.с. (PS), або близько 134 «англійських» hp. Як видно, різниця становить менше 1,5%. Але вказувати потужність в «конях» нині анахронізм.

Потужність і момент

Впливаючи на тіло і переміщаючи його, сила виробляє роботу. Кінь тягала бочки з вугільних шахт, а в циліндрі двигуна внутрішнього згоряння гази тиснуть на поршень і переміщають його, той впливає на шатун, який, працюючи як важіль, в свою чергу обертає колінвал - на виході отримуємо внутрішньо зусилля, що виникає під впливом прикладених навантажень. Це і є крутний момент, вимірюваний в ньютон-метрах (Нм).

До речі, під час стендових випробувань вимірюють якраз крутний момент на валу двигуна. Знаючи його величину і число оборотів, при яких він досягається, можна визначити і потужність двигуна, так як вона дорівнює добутку крутного моменту на частоту обертів двигуна.

При цьому не можна не помітити, що максимальні значення цих двох пов'язаних між собою характеристик досягаються при різних оборотах. Так, найбільшу потужність серійний бензиновий двигун розвиває лише при 5500-6500 об / хв, тоді як пік крутного моменту досягається вже при 3500-4000 об / хв на атмосферних версіях і при 1700-4000 об / хв - на турбованих.

Все пояснюється просто. Максимальний крутний момент досягається тоді, коли в циліндри забезпечується найбільша подача горючої суміші. З ростом оборотів неминуче виникає момент, коли тривалості фаз відкриття-закриття клапанів вже недостатньо для того, щоб в циліндри подавалося необхідну кількість повітря - на цьому «максимальна віддача» припиняється. Потужність ще якийсь час продовжує зростати. Нехай з ростом оборотів «якість» роботи (момент) падає, але ж її «кількість» (потужність) збільшується до тих пір, поки втрати на тертя в ШПГ і зменшення подачі горючої суміші не дадуть про себе знати.

З метою розширення діапазону «робочих» оборотів і застосовуються хитрі конструкції впускного колектора, зміна фаз газорозподілу та інше. Хоча, звичайно ж, найбільший ефект дає наддув, що дозволяє значно збільшити подачу суміші в циліндри, відповідно, підняти крутний момент і потужність мотора. Але забезпечити при цьому максимально широкий діапазон оборотів, при яких зберігаються високі характеристики крутного моменту і зводиться до мінімуму ефект турбоями, конструктори змогли лише в останні роки.

Брутто, нетто, «з колеса» ...

Часом в технічній документації (каталогах) можна побачити словосполучення «потужність брутто» або «потужність нетто». Що це означає? У будь-якому випадку мова йде про так званої ефективної потужності, тобто знятої з двигуна на стенді без урахування трансмісійних втрат. При цьому потужність нетто вимірюється на двигуні з випускною системою і всім навісним обладнанням (генератором, генератором, компресором кондиціонера і т.д.). Таку потужність ще називають реальною, як правило, саме вона офіційно заявляється виробником. Потужність брутто (або «стендова») вимірюється на двигуні, що не обтяженому «навішуванням». Відповідно, знімаються в цьому випадку показники виявляються на 15-20% вище.

До речі, є ще й таке поняття, як тягова потужність, знята ні з маховика двигуна, а «з колеса». З іншого боку, вона більшою мірою характеризує енергоозброєність самого автомобіля, ніж двигуна, адже мотор може бути одним і тим же, а трансмісії (і втрати в них) - різними. Найпростіший приклад: при рівній реальної потужності двигуна тягова потужність повнопривідного автомобіля повинна бути нижче через великі трансмісійних втрат.

З навантаженням і без

Рідкісний власник потужного автомобіля не намагався поліпшити характеристики двигуна. Або як мінімум виміряти, скільки ж «конячок» і ньютон-метрів він видає. Перевірити ці характеристики дозволяють так звані діностенд, які розрізняються по конструкції, але в цілому їх можна розділити на «навантажувальні» і «інерційні». Вважається, що на останніх отримати достовірні дані по турбомотору досить проблематично, так як під час вимірювань немає необхідного навантаження на двигун. Проте з турбомоторами працюють і на таких вимірювальних комплексах.

Але не залежно від типу стенда вимірювання проводяться як раз «з колеса». Тому, щоб показати не тільки тягову, а й реальну потужність «на валу», обладнання вимірює і враховує трансмісійні втрати. Кінцевий підсумок випробувань - графік з моментом і потужністю - також є результатом комп'ютерних розрахунків.

Нестабільна величина?

Наскільки заявлені виробником цифри відповідають дійсності? Як стверджують фахівці, що працюють з вимірами тягово-потужних характеристик, в цілому ці дані дуже близькі до заводських характеристиках, хоча і можуть незначно відрізнятися в ту чи іншу сторону. А корективи вносить ... погода!

«Температура, тиск, вологість - все це має вплив на потужність, - розповідає директор« Автотерапіі »Андрій Батечко. - Від погоди характеристики залежать, особливо це помітно на турбованих моторах. Важливий фактор - охолодження інтеркулера і впускного колектора. Щоб імітувати обдув моторного відсіку набігаючим повітрям, як у реальних умовах руху, ми використовуємо спеціальні фени. Але все одно, за ті 20 хвилин, що машина стоїть на стенді, розігрівається впускний колектор (наприклад, з 30 до 70 градусів) - і ми втрачаємо 20 к.с. Глушимо мотор, машина остигає, робимо повторний замір через півгодини - знову на 20 к.с. стало більше. А настройки не змінювалися! »

На тягово-потужності характеристики впливає і технічний стан автомобіля. Зрозуміло, що несправності турбонаддува «з'їдять» не один кіловат і ньютон-метр. Але повинні позначитися і інші проблеми: забитий каталізатор, вчасно не замінені свічки запалювання, що засмітився повітряний фільтр. Але це в теорії, а як справа йде на практиці? Спробуємо перевірити, провівши серію експериментів на «беушке», і обов'язково розповімо в одному з наступних номерів.

На діностенд вимірюється крутний момент «з колеса», а реальна потужність визначається шляхом розрахунків. Зокрема, віднімаються трансмісійні втрати

На цьому графіку вражає не тільки величина максимального крутного моменту (310 Нм), скільки його рівна полку і ті обороти, при яких вона досягається і тримається. При цьому потужність становить трохи більше 90 кВт і різко обривається після 3500 хв / об. Такі характеристики типові для сучасного дизельного двигуна

Це вже бензиновий мотор з турбонаддувом - на це також вказують полку максимального крутного моменту і обороти, при яких вона досягається. Звертає на себе увагу і крива потужності: зростання аж до 5000 / хв, після чого вона тримається на піку ще тисячу оборотів