мощность или крутящий момент? — журнал За рулем
В технических характеристиках автомобиля присутствуют и максимальная мощность, и максимальный крутящий момент. Рассказываем, какой из показателей «для красоты», а какой — для удобства управления.
Пересчитываем «лошадей»: народные авто на стенде мощности
Конечно, на мощности зациклены все. От знакомых девушек, на которых магия цифр оказывает убийственное влияние, до налоговиков, которые очень радуются каждой ступени повышения мощности после 100 л.с, но особо предпочитают машины с цифрой свыше 250 л.с.
Максимальная мощность определяет возможность транспортного средства достигать максимальной скорости. Здесь зависимость далеко не прямая, но более мощные автомобили при сравнимой массе имеют большую максималку.
А вот на то, как быстро удастся достигнуть максимальной скорости, оказывает влияние характеристика крутящего момента двигателя. Возьмем два мотора с одинаковой максимальной мощностью, но у одного кривая момента имеет форму обычного горба, а другой очень быстро (при небольших оборотах) достигает максимального значения и далее держит полку этого момента вплоть до почти максимальных оборотов.
Мощность и крутящий момент атмосферных двигателей ВАЗ (слева) и китайского турбомотора JLE-4G18TD.
Самый популярный в России вариатор: что в нем не так
По такому алгоритму разгоняются на ручных коробках передач, гидромеханических автоматах и роботизированных коробках. Вариаторы стоят несколько особняком. В принципе, более ранние конструкции вариаторов работали честнее современных. На разгоне, особенно в режиме «педаль газа в пол», они обеспечивали в начале разгона самое большое передаточное отношение и позволяли мотору быстро достигнуть оборотов, близких к максимальным. Далее двигатель продолжал работать при максимальных оборотах и мощности, а вариатор, меняя передаточное отношение, обеспечивал самый эффективный разгон.
В последнее время вариаторы, в угоду водительским привычкам, научили имитировать переключение передач. Зачем – непонятно. Я считаю, что водителю важно, чтобы правая педаль обеспечивала максимально ровное, большее или меньшее, в зависимости от ситуации, ускорение.
Итак, моментные моторы обеспечивают более удобное управление ускорением транспортного средства, а, значит, помогают водителю в непростых дорожных условиях. Поэтому моторы с «полкой» крутящего момента нравятся водителям, и такую характеристику им предлагают конструкторы, внедряя прежде всего моторы с турбонаддувом. Высокий, начиная с небольших оборотов крутящий момент повышает удобство управления автомобилем, а потому более важен, чем максимальная мощность, которая не требуется почти никогда.
- Как улучшить управляемость автомобиля, читайте тут.
Понравилась заметка? Подпишись и будешь всегда в курсе!
За рулем в Дзен
⚙️❓ Крутящий момент и мощность двигателя — в чём разница?
На ряду с многими характеристиками машины особое место занимают мощность и крутящий момент двигателя.
Несмотря на интерес к этим параметрам, для рядового автолюбителя при выборе авто они никогда не являются решающими. Его куда больше волнует марка, модель, комплектация, тип и расход топлива, стоимость. Даже цвет обычно важнее каких-то лошадок и ньютонов. Тем не менее, для многих эта тема интересна хотя бы в теоретическом аспекте. Задача данного материала на Авто без СТО — простыми словами объяснить, что такое мощность и крутящий момент, чем они принципиально отличаются, и на что влияют на практике.
Мощность
Мощность механизма начали измерять задолго до появления автомобилей — в 1789 году. Она была названа термином «лошадиная сила», и предназначалась, чтобы показать превосходство паровых машин перед реальными живыми лошадями. Обсчитали её эмпирически — наблюдая за лошадьми. Способов было несколько, но наиболее понятным является следующий. На практике было установлено, что одна здоровая лошадь могла длительное время тянуть груз весом 75 кг с постоянной скоростью 1 м/с.
Подставив полученные значения в фундаментальную формулу из физики, вычислили, что мощность одной лошади — 735,5 Вт.
Лошадиная сила до наших дней осталась единицей измерения мощности, однако, официальной единицей, всё же, является ватт (Вт). Кстати, обе единицы были придуманы и обсчитаны Джеймсом Уаттом, который отличился многими достижениями, включая изобретение парового двигателя, пришедшего на замену лошадям.
Мощность двигателя внутреннего сгорания — обозначает, сколько и какой работы сможет выполнить агрегат за единицу времени. Она зависит от объёма, технологичности, типа и других критериев. Мощность ДВС сильно зависит от оборотов. Чем они выше, тем больше топлива сжигается в камерах сгорания, тем больше энергии выделяется, тем больше работы может выполнить мотор, и тем выше его мощность.
В характеристиках автомобилей всегда указывается максимальная мощность. Выражается она сразу двумя единицами — кВт и л. с. (киловатты и лошадиные силы).
Эти две единицы взаимосвязаны, как, например, метр и фут (100 см и 30 см). Выше было сказано, что 1 л. с. — это 735,5 Вт (или 0,736 кВт). Соответственно, 1 кВт — это 1,36 л. с.
На что влияет максимальная мощность? На максимальную скорость, которую может развивать машина. На динамику разгона. Мощность влияет на расход топлива, так как чем больше мы его сожжём, тем больше полезной работы сможет выполнить двигатель.
Как можно увеличить мощность? Для этого надо «заставить» двигатель сжигать больше топлива за одну и ту же единицу времени. И не просто сжигать, а делать это эффективно. Чтобы добиться этого, применяется несколько способов. Например, можно увеличивать объём двигателя за счёт увеличения объёма камеры сгорания (чем больше диаметр поршня, тем выше объём) или наращивания их количества. Ещё можно подать в камеру сгорания больше топливовоздушной смеси на рабочий цикл. Это делается при помощи турбин и другими методами.
Крутящий момент
Крутящий момент тесно взаимосвязан с мощностью.
Чтобы узнать мощность конкретного мотора, сначала измеряют крутящий момент. Как и мощность, крутящий момент сильно зависит от оборотов двигателя, но немного по-другому принципу.
Для начала выясним, что собой представляет понятие — крутящий момент. Для наглядности возьмём затянутый болт, который нам надо выкрутить. Чтобы сделать это, нам надо приложить к нему определённую силу так, чтобы заставить его вращаться. Если мы попробуем открутить болт голыми руками, у нас мало что получится. Мало силы. Чтобы решить проблему, можно позвать богатыря, у которого силы в руках больше. А можно взять ключ, который является ничем иным, как рычагом, увеличивающим нашу силу по закону Архимеда.
Крутящий момент в физикеКрутящий момент — это сила, прикладываемая в данном случае на тело, которое надо вращать. У двигателя внутреннего сгорания эта сила, наоборот, выделяется. На коленчатом валу. А используется она для вращения ведущих колёс автомобиля. Чем больше эта сила, тем лучше у двигателя получится преодолевать силы, сопротивляющиеся вращению колеса.
Этих сил очень много — трение, качение, масса автомобиля, уклон и даже встречный ветер.
О крутящем моменте надо знать ещё кое-что. Если мощность неуклонно растёт с холостых и до отсечки, то крутящий момент сначала повышается, стабилизируется, а ближе к максимальным оборотам начинает снижаться. Происходит это из-за увеличивающихся потерь на трение, нагрев и прочее.
Синий график — мощность, красный — крутящий моментОба параметра принято отображать на одном и том же графике в виде двух кривых. Как правило, кривая мощности постоянно и стабильно идёт вверх, а в районе отсечки стабилизируется. Кривая крутящего момента сначала резко подскакивает, затем держится в диапазоне средних оборотов на одном уровне, а ближе к отсечке начинает снижаться.
Измеряется крутящий момент в ньютон-метрах (Н*м), и в теории может быть вычислен, если известна мощность. Для этого надо мощность в кВт умножить на коэффициент 9549 и разделить результат на количество оборотов коленвала в минуту.
Формула для вычисления мощности по крутящему моментуХотя на практике всё делается наоборот.
Машина ставится на стенд, который создаёт сопротивление колёсам. Двигатель преодолевает это сопротивление, и какую силу он для этого приложил — измеряется приборами. Дальше дело техники. Полученный момент умножается на коэффициент 9549 и на обороты в минуту. Получаются киловатты мощности, которые легко преобразовать в более привычные народу лошадиные силы.
Если вы читаете этот материал не на сайте Авто без СТО, значит его украли и, скорее всего, сократили для мнимой уникальности. Чтобы прочитать полную версию статьи и поблагодарить тем самым автора за проделанную работу — посетите указанный ресурс. Его несложно найти через любой поиск. К тому же, на Авто без СТО есть ещё что почитать полезного и интересного.
Что важнее на практике?
Если бы все двигатели имели одинаковую конструкцию и принцип работы, то этого вопроса никогда бы не возникло. Была бы стабильная прямая зависимость, одинаковая для всех автомобилей — чем больше крутящий момент, тем и мощность для его создания нужна большая.
Однако на практике всё намного сложнее.
Один двигатель при максимальной мощности 180 л. с. выдаёт 240 Н*м крутящего момента, а другой помощнее (200 л. с.), но крутящего момента выдаёт всего 200 Н*м. Какой из этих двигателей лучше?
Чтобы ответить на подобные вопросы, надо сначала определиться, зачем нам нужен двигатель. Так, если мы хотим разгонять автомобиль до максимальной скорости, то нам нужен, тот у которого двигатель более мощный. Если же нам надо максимально интенсивно ускоряться, то для этих задач нужен более тяговый мотор, то есть, у которого больше крутящий момент. Это слишком упрощённое объяснение, игнорирующее множество факторов. Но именно по такому принципу это и работает.
Второстепенные факторы
Мощность и крутящий момент, как голые цифры, ещё не делают один автомобиль лучше, быстрее, динамичнее от другого. В расчёт надо также брать такие факторы:
- Масса автомобиля — чем машина легче, тем быстрее она будет ускоряться и до большей максимальной скорости сможет разогнаться.
Существует даже такие понятия, как лошадиные силы или ньютон-метры на килограмм. Например, мотоцикл массой 300 кг и с двигателем мощностью 300 л. с. легко скроется за горизонтом, если за ним гнаться на машине с двигателем той же мощности, но массой под 2 тонны. - Трансмиссия — коробка передач в значительной степени оказывает влияние на максимальную скорость и динамику автомобиля. Тип трансмиссии — механика, автомат, вариатор — тоже в значительной степени влияют на эти показатели.
- Сцепление с дорожным покрытием — иногда влияет на динамику автомобиля в более значительной степени, нежели мощность и крутящий момент. Если нормального сцепления нет, то львиная доля работы двигателя будет изводиться на бесполезное трение шин о покрытие.
- Диаметр колёс — даже это влияет на динамику автомобиля. Принцип следующий. Чем большего диаметра колёса (ведущие), тем выше максимальная скорость и хуже ускорение. И наоборот.
Таких факторов можно привести несколько десятков, и все они в той или иной степени будут влиять на динамику и максимальную скорость автомобиля. Некоторые даже позначительнее будут, чем мощность и крутящий момент двигателя.
Для рядового же автолюбителя важно усвоить, что двигатель автомобиля наиболее эффективен и экономичен тогда, когда работает на максимальном крутящем моменте. У бензиновых двигателей это диапазон между 1500 и 3000 об/мин. У дизелей чуть пониже. Именно в таких диапазонах и нужно держать обороты при езде, и тогда расход топлива будет минимальным, а запас динамики — максимальным.
ВИДЕО: о крутящем моменте и мощности двигателя простыми словами
Мощность
и крутящий момент – x-engineer.org
В этой статье мы собираемся понять, как создается крутящий момент двигателя , как рассчитывается мощность двигателя и что такое кривая крутящего момента и мощности .
Кроме того, мы собираемся взглянуть на карты крутящего момента и мощности двигателя (поверхности).
К концу статьи читатель сможет понять разницу между крутящим моментом и мощностью, как они влияют на продольную динамику автомобиля и как интерпретировать кривые крутящего момента и мощности при полной нагрузке.
Определение крутящего момента
Крутящий момент можно рассматривать как вращающую силу , приложенную к объекту. Крутящий момент (вектор) — это векторное произведение силы (вектор) и расстояния (скаляр). Расстояние, также называемое плечом рычага , измеряется между силой и точкой поворота. Подобно силе, крутящий момент является вектором и определяется амплитудой и направлением вращения.
Изображение: Момент затяжки колесного болта
Представьте, что вы хотите затянуть/ослабить болты колеса. Нажатие или вытягивание рукоятки ключа, соединенной с гайкой или болтом, создает крутящий момент (крутящую силу), который ослабляет или затягивает гайку или болт.
Крутящий момент T [Нм] является произведением силы F [Н] и длины плеча рычага a [м] .
\[\bbox[#FFFF9D]{T = F \cdot a}\]
Чтобы увеличить величину крутящего момента, мы можем либо увеличить силу, либо длину плеча рычага, либо и то, и другое.
Пример : Рассчитайте крутящий момент, полученный на болте, если плечо ключа имеет 0,25 м и приложенная сила составляет 100 Н (что приблизительно эквивалентно толкающей силе 0027 10 кг )
\[T = 100 \cdot 0.25 = 25 \text{ Нм}\]
Такой же крутящий момент можно было бы получить, если бы плечо рычага было 1 м и сила только 25 Н .
Тот же принцип применяется к двигателям внутреннего сгорания. Крутящий момент на коленчатом валу создается силой, прикладываемой к шатунной шейке через шатун.
Изображение: Крутящий момент на коленчатом валу
Крутящий момент T будет создаваться на коленчатом валу на каждой шатунной шейке каждый раз, когда поршень находится в рабочем такте.
Рычаг a в данном случае это радиус кривошипа (смещение) .
Величина силы F зависит от давления сгорания в цилиндре. Чем выше давление в цилиндре, тем выше усилие на коленчатый вал, тем выше выходной крутящий момент.
Изображение: Функция расчета крутящего момента двигателя по давлению в цилиндре
Длина плеча рычага влияет на общий баланс двигателя . Слишком большое его увеличение может привести к дисбалансу двигателя, что приведет к увеличению усилий на шейках коленчатого вала.
Пример : Рассчитать крутящий момент на коленчатом валу для двигателя со следующими параметрами:
| Диаметр цилиндра, B [мм] | 85 |
| 12 | |
| Смещение кривошипа, a [мм] | 62 |
Сначала рассчитаем площадь поршня (при условии, что головка поршня плоская и ее диаметр равен диаметру цилиндра): 92\]
Во-вторых, рассчитаем силу, приложенную к поршню.
Чтобы получить силу в Н (Ньютон), мы будем использовать давление, преобразованное в Па (Паскаль).
\[F = p \cdot A_p = 120000 \cdot 0,0056745 = 680,94021 \text{ N}\]
Предполагая, что вся сила в поршне передается на шатун, крутящий момент рассчитывается как:
\[ T = F \cdot a = 680,94021 \cdot 0,062 = 42,218293 \text{ Нм}\]
Стандартная единица измерения крутящего момента — Н·м (Ньютон-метр). Особенно в США единицей измерения крутящего момента двигателя является lbf·ft (фут-фунтов). Преобразование между Н·м и lbf·ft :
\[ \begin{split}
1 \text{ lbf} \cdot \text{ft} &= 1.355818 \text{ N} \cdot \ text{m}\\
1 \text{ N} \cdot \text{m} &= 0.7375621 \text{ lbf} \cdot \text{ft}
\end{split} \]
Для нашего конкретного примера крутящий момент в имперских единицах (США):
\[T = 42,218293 \cdot 0,7375621 = 31,138615 \text{ lbf} \cdot \text{ft}\]
Крутящий момент T [N] также может быть выражен как функция среднего эффективного давления двигателя.
\[T = \frac{p_{me} V_d}{2 \pi n_r}\]
где:
p me [Па] – среднее эффективное давление
V d [м 9 0155 3 ] – рабочий объем двигателя (объем)
n r [-] – число оборотов коленчатого вала за полный цикл двигателя (для 4-тактного двигателя n r = 2 )
Определение мощности
В физике мощность — это работа, выполненная за время, или, другими словами, — скорость выполнения работы . В вращательных системах мощность P [Вт] является произведением крутящего момента T [Нм] и угловой скорости ω [рад/с] .
\[\bbox[#FFFF9D]{P = T \cdot \omega}\]
Стандартная единица измерения мощности Вт (Ватт) и скорости вращения рад/с (радиан в секунду). Большинство производителей транспортных средств обеспечивают мощность двигателя в л.
с. (тормозная мощность) и скорость вращения об/мин (оборотов в минуту). Поэтому мы собираемся использовать формулы преобразования как для скорости вращения, так и для мощности.
Для преобразования об/мин в рад/с мы используем:
\[\omega \text{ [рад/с]} = N \text{ [об/мин]} \cdot \frac{\pi} {30}\]
Преобразование из рад/с от до об/мин , мы используем:
\[N \text{ [об/мин]} = \omega \text{ [рад/с]} \cdot \frac{30}{\pi}\]
Мощность двигателя также может быть измерена в кВт вместо Вт для более компактного значения. Чтобы преобразовать кВт в л.с. и наоборот, мы используем:
\[ \begin{split}
P \text{ [л.с.]} &= 1,36 \cdot P \text{ [кВт]}\\
P \text{ [кВт]} &= \frac{P \text{ [л.с.]}}{1,36}
\end{split} \]
В некоторых случаях вы можете встретить л.
с. (лошадиная сила) вместо л.с. в качестве единицы измерения мощности.
Имея скорость вращения, измеренную в об/мин , и крутящий момент в Нм , формула для расчета мощности :
\[ \begin{split}
P \text{ [кВт]} &= \frac{\ pi \cdot N \text{ [об/мин]} \cdot T \text{ [Нм]}}{30 \cdot 1000}\\
P \text{ [л.с.]} &= \frac{1.36 \cdot \pi \ cdot N \text{ [об/мин]} \cdot T \text{ [Нм]}}{30 \cdot 1000}
\end{split} \]
Пример . Рассчитайте мощность двигателя как в кВт , так и в л.с. , если крутящий момент двигателя 150 Нм и частота вращения двигателя 2800 об/мин .
\[ \begin{split}
P &= \frac{\pi \cdot 2800 \cdot 150}{30 \cdot 1000} = 44 \text{ кВт}\\
P &= \frac{1,36 \cdot \pi \cdot 2800 \cdot 150}{30 \cdot 1000} = 59,8 \text{ л.с.}
\end{split} \]
Динамометр двигателя
Частота вращения двигателя измеряется датчиком на коленчатом валу (маховике).
В идеале, чтобы рассчитать мощность, мы должны также измерить крутящий момент на коленчатом валу с помощью датчика. Технически это возможно, но не применяется в автомобильной промышленности. Из-за условий работы коленчатого вала (температуры, вибрации) измерение крутящего момента двигателя датчиком не является надежным методом. Кроме того, стоимость датчика крутящего момента довольно высока. Поэтому крутящий момент двигателя измеряется во всем диапазоне скоростей и нагрузок с использованием динамометр (испытательный стенд), и проецируется (хранится) в блок управления двигателем.
Изображение: Схема динамометра двигателя
Динамометр представляет собой тормоз (механический, гидравлический или электрический), который поглощает мощность, производимую двигателем. Наиболее используемым и лучшим типом динамометра является электрический динамометр . На самом деле это электрическая машина , которая может работать как генератор или двигатель .
Изменяя крутящий момент нагрузки генератора, двигатель можно перевести в любую рабочую точку (скорость и крутящий момент). Кроме того, при остановке подачи топлива (без впрыска топлива) генератор может работать как электродвигатель для вращения двигателя. Таким образом, можно измерить потери на трение в двигателе и насосный момент.
В электрическом динамометре ротор соединен с коленчатым валом. Связь между ротором и статором электромагнитная. Статор крепится через плечо рычага к тензодатчику . Чтобы сбалансировать ротор, статор будет давить на тензодатчик. Крутящий момент T вычисляется путем умножения силы F , измеренной датчиком силы, на длину плеча рычага a .
\[T = F \cdot a\]
Параметры двигателя: тормозной момент, тормозная мощность (л.с.) или удельный расход топлива при торможении (BSFC) содержат ключевое слово «тормоз», поскольку динамометр (тормоз) используется для измерить их.
В результате динамометрического испытания двигателя получаются карты крутящего момента (поверхности), которые дают значение крутящего момента двигателя при определенной частоте вращения и нагрузке (стационарные рабочие точки). Нагрузка двигателя эквивалентна положению педали акселератора.
Пример карты крутящего момента для бензина, двигателя Spark agnition (Si) :
| Двигатель Крутящий момент [нм] | Положение педали Укалератора [%] 0086 | ||||||||
| 5 | 10 | 20 | 30 900 86 | 40 | 50 | 60 | 100 | ||
| Двигатель Скорость [об/мин] | 800 | 45 | 90 | 107 | 109 | 110 | 111 | 114 | 116 |
| 1300 | 60 | 105 | 132 | 133 | 134 | 90 085 136138 | 141 | ||
| 1800 | 35 | 89 | 133 | 141 | 142 | 144 | 145 | 149 | |
| 2300 | 19 | 9 0085 70133 | 147 | 148 | 150 | 151 | 155 | ||
| 2800 | 3 | 55 9008 6 | 133 | 153 | 159 | 161 | 163 | 165 | |
| 3 300 | 0 | 41 | 126 | 152 | 161 | 165 | 167 | 171 | 9008 9|
| 3800 | 0 | 33 | 116 | 150 | 160 | 167 | 170 | 175 | |
| 4300 | 0 | 26 | 110 | 155 | 169 | 176 | 180 | 184 | |
| 4800 | 0 | 18 | 106 | 155 | 174 | 179 | 185 | 190 | |
| 5300 | 0 | 12 | 96 | 147 | 167 | 175 | 181 | 187 | |
| 5800 | 0 | 4 | 84 90 086 | 136 | 161 | 170 | 175 | 183 | |
| 6300 | 0 | 90 085 072 | 120 | 145 | 153 | 159 | 171 | ||
Пример карты мощности для бензинового двигателя с искровым зажиганием (SI) :
| Двигатель мощность [л.  с.] | Положение педали акселератора [ %] | ||||||||
| 5 | 10 | 20 | 30 | 40 | 50 | 60 | 100 | ||
| Двигатель Скорость [об/мин] | 800 | 5 9008 6 | 10 | 12 | 12 | 13 | 13 | 13 | 13 |
| 11 | 19 | 24 | 25 | 25 | 25 | 26 | 26 | ||
| 1800 | 9 | 23 | 34 | 36 | 36 | 37 | 37 | 38 | 900 89|
| 2300 | 6 | 23 | 44 | 48 | 48 | 49 90 086 | 49 | 51 | |
| 2800 | 1 | 22 | 53 | 61 900 86 | 63 | 64 | 65 | 66 | |
| 3300 | 0 | 19 | 59 | 71 | 76 | 78 900 86 | 78 | 80 | |
| 3800 | 0 | 18 | 63 | 81 | 87 | 90 | 92 | 95 | |
| 4300 | 0 | 16 900 86 | 67 | 95 | 103 | 108 | 110 | 113 | |
| 4800 | 0 | 12 | 72 | 106 | 119 | 122 | 126 | 130 | |
| 5300 | 9 0085 09 | 72 | 111 | 126 | 132 | 137 | 141 | ||
| 90 003 5800 | 0 | 3 | 69 | 112 | 133 | 140 | 145 | 151 | |
| 6300 | 0 | 0 | 65 | 108 | 130 | 137 | 143 | 153 |
Электронный блок управления (ECM) двигателя внутреннего сгорания имеет в памяти карту крутящего момента.
Он вычисляет (интерполирует) функцию крутящего момента двигателя от текущей частоты вращения двигателя и нагрузки. В ECM нагрузка выражается давлением во впускном коллекторе для бензиновых двигателей (искровое зажигание, SI) и временем впрыска или массой топлива для дизельных двигателей (воспламенение от сжатия, CI). Стратегия расчета крутящего момента двигателя имеет поправки, основанные на температуре и давлении воздуха на впуске.
График данных крутящего момента и мощности, функции частоты вращения двигателя и нагрузки дает следующие поверхности:
Изображение: Поверхность крутящего момента двигателя SI | Изображение: Поверхность мощности двигателя SI | 900 89
Для Для лучшей интерпретации карт крутящего момента и мощности можно построить двухмерную линию крутящего момента для фиксированного значения положения педали акселератора.
Изображение: Кривые крутящего момента двигателя SI | Изображение: кривые мощности двигателя SI |
Крутящий момент и мощность двигателя при полной нагрузке
Как вы видели, крутящий момент и мощность двигателя внутреннего сгорания зависят как от частоты вращения двигателя, так и от нагрузки.
Обычно производители двигателей публикуют характеристики крутящего момента и кривой (кривые) при полной нагрузке (100% положение педали акселератора). Кривые крутящего момента и мощности при полной нагрузке показывают максимальное распределение крутящего момента и мощности во всем диапазоне частоты вращения двигателя.
Изображение: параметры крутящего момента и мощности двигателя при полной нагрузке
Форма кривых крутящего момента и мощности, приведенных выше, не соответствует реальному двигателю, а предназначена для объяснения основных параметров. Тем не менее, формы аналогичны реальным характеристикам двигателя с искровым зажиганием (бензин), портового впрыска, атмосферного двигателя.
Частота вращения двигателя Н и [об/мин] характеризуется четырьмя основными точками:
Н мин – минимальная устойчивая частота вращения двигателя при полной нагрузке
N Tmax – частота вращения двигателя при максимальном крутящем моменте двигателя
N Pmax – частота вращения двигателя при максимальной мощности двигателя; также называется номинальная частота вращения двигателя
N max – максимальная стабильная частота вращения двигателя
При минимальной частоте вращения двигатель должен работать ровно, без колебаний и остановок.
Двигатель также должен позволять работать на максимальных оборотах без каких-либо повреждений конструкции.
крутящий момент двигателя при полной нагрузке кривая T e [Нм] характеризуется четырьмя точками:
T 0 – крутящий момент двигателя при минимальных оборотах двигателя
T max 901 49 — максимальный крутящий момент двигателя (пик. крутящий момент или номинальный крутящий момент )
T P – крутящий момент двигателя при максимальной мощности двигателя
T M – крутящий момент двигателя при максимальных с турбонаддувом) пиковый крутящий момент может быть либо точкой, либо линией. Для двигателей с турбонаддувом или наддувом максимальный крутящий момент может поддерживаться постоянным между двумя значениями частоты вращения двигателя.
Кривая P e [HP] мощность двигателя при полной нагрузке характеризуется четырьмя точками:
P 0 – мощность двигателя при минимальной частоте вращения
9002 7 P max — максимальный двигатель мощность (пиковая мощность или номинальная мощность )
P T – мощность двигателя при максимальном крутящем моменте двигателя
P M – мощность двигателя при максимальных оборотах двигателя
Область между минимальными оборотами двигателя N min и максимальный крутящий момент оборотов двигателя N Tmax называется нижней границей зоны крутящего момента.
Чем выше крутящий момент в этой области, тем лучше стартовые/разгонные возможности автомобиля. При работе двигателя в этой области, при полной нагрузке, если сопротивление дороги увеличится, частота вращения двигателя уменьшится, что приведет к падению крутящего момента двигателя и остановке двигателя. По этой причине эту область также называют областью нестабильного крутящего момента 9.0004 .
Область между частотой вращения двигателя с максимальным крутящим моментом Н Tmax и частотой вращения двигателя с максимальной мощностью Н Pmax называется диапазоном мощности . Во время разгона автомобиля для достижения наилучших результатов переключение передач (вверх) следует выполнять при максимальной мощности двигателя. В зависимости от передаточных чисел коробки передач, после переключения выбранная передача будет снижать частоту вращения двигателя при максимальном крутящем моменте, что обеспечит оптимальное ускорение.
Переключение передач при максимальной мощности двигателя будет поддерживать частоту вращения двигателя в пределах диапазона мощности.
Область между частотой вращения двигателя максимальной мощности Н Pмакс и максимальной частотой вращения двигателя Н макс называется зоной верхнего предела крутящего момента. Более высокий крутящий момент приводит к более высокой выходной мощности, что приводит к более высокой максимальной скорости автомобиля и лучшему ускорению на высокой скорости.
Когда число оборотов двигателя поддерживается между максимальным крутящим моментом оборотов двигателя N Tmax и максимальной частотой вращения двигателя N max , если сопротивление дороги автомобиля увеличивается, частота вращения двигателя падает, а выходной крутящий момент увеличивается, таким образом компенсация увеличения дорожной нагрузки. По этой причине эта область называется 9-й.
0003 область стабильного крутящего момента .
Ниже приведены примеры кривых крутящего момента и мощности при полной нагрузке для различных типов двигателей. Обратите внимание на форму кривых в зависимости от типа двигателя (с искровым зажиганием или с воспламенением от сжатия) и типа впуска воздуха (атмосферный или с турбонаддувом).
Крутящий момент и мощность двигателя Honda 2.0 при полной нагрузке
| Архитектура цилиндров | 4 рядных | Изображение: Двигатель Honda 2.0 SI – кривые крутящего момента и мощности при полной нагрузке |
| Топливо | Бензин (СИ) | |
| Объем двигателя [см 3 ] | 9 0085 1998||
| Впрыск топлива | Порт клапана | |
| Воздухозаборник | атмосферный | |
| Фаза газораспределения | переменная | |
| T max [Нм] 900 04 | 190 | |
| N Tmax [об/мин] | 4500 | |
P max [л. с.] 90 004 | 155 | |
| N Pmax [об/мин] | 6000 | |
| Н макс. [об/мин] | 6800 |
Крутящий момент и мощность двигателя Saab 2.0T при полной нагрузке
| Архитектура цилиндров | 4 рядных | Изображение: двигатель Saab 2.0T SI – кривые крутящего момента и мощности при полной нагрузке 0084 | Объем двигателя [см 3 ] | 1998 |
| Впрыск топлива | Порт клапана | |||
| Воздухозаборник | 90 085 с турбонаддувом||||
| Фаза газораспределения | фиксированный | |||
| T макс [Нм] | 265 | |||
| N Tмакс [ об/мин] | 2500 | |||
P макс. [л.с.] | 175 | |||
| N Pmax [об/мин] | 5500 | |||
| N макс [об/мин] 9 0004 | 6300 |
Крутящий момент и мощность двигателя Audi 2.0 TFSI при полной нагрузке
| Архитектура цилиндров | 4 рядных | Изображение: Двигатель Audi 2.0 TFSI SI – кривые крутящего момента и мощности при полной нагрузке |
| Топливо | Бензин (SI) | |
| Объем двигателя [см 3 ] | 1994 | |
| Впрыск топлива | прямой | Воздухозаборник | с турбонаддувом |
| Фаза газораспределения | фиксированная | |
| T макс. 085 280 | ||
| N Tmax [об/мин] | 1800 – 5000 | |
P max [л. с.] | 200 | |
| N Pmax [об/мин] | 51 00 – 6000 | |
| N макс. [об/мин] | 6500 |
Крутящий момент и мощность двигателя Toyota 2.0 D-4D при полной нагрузке
| Архитектура цилиндров 9 0086 | 4 рядных | Изображение: Двигатель Toyota 2.0 CI – крутящий момент и кривые мощности при полной нагрузке |
| Топливо | Дизель (CI) | |
| Объем двигателя [см 3 ] | 1998 | |
| Впрыск топлива | Прямой | |
| Воздухозаборник | Турбонаддув | |
| Фаза газораспределения 9000 4 | фиксированный | |
| T макс. [Нм] | 300 | |
| 1 26 | ||
| N Pmax [об/мин] | 3600 | |
| N max [об/мин] | 5200 900 86 |
Двигатель Mercedes-Benz 1.
8 Kompressor, крутящий момент и мощность при полной нагрузке| Архитектура цилиндров | 4 рядных | Изображение: Двигатель Mercedes Benz 1.8 Kompressor SI – характеристики крутящего момента и мощности при полной нагрузке |
| Топливо | бензин | |
| Объем двигателя [см 3 ] | 1796 | |
| Впрыск топлива 9000 4 | Порт клапана | |
| Воздухозаборник | Наддув | |
| Фазы газораспределения | фиксированный | |
| T макс. 0148 Tmax [об/мин] | 2800 – 4600 | |
| P макс. [л.с.] | 156 | |
| N Pmax [об/мин] | 5200 | |
| N max [об/мин] | 6250 |
Крутящий момент и мощность двигателя BMW 3.
0 TwinTurbo при полной нагрузке| Архитектура цилиндров | 6 рядных | Изображение: двигатель BMW 3.0 TwinTurbo SI – кривые крутящего момента и мощности при полная загрузка |
| Топливо | Бензин | |
| Объем двигателя [см 3 ] | 9008 5 2979||
| Впрыск топлива | прямой | |
| Воздухозаборник | двойной с турбонаддувом | |
| Фаза газораспределения | переменная | |
| T макс. [Нм] | 400 | |
| N Tmax [об/мин] | 1300 – 5000 | |
| P 901 48 макс. [л.с.] | 306 | |
| Н Pмакс. [об/мин] | 5800 | |
| N max [об/мин] | 7000 |
крутящий момент и мощность роторного двигателя при полной нагрузке
| Архитектура цилиндров | 2 Wankel | Изображение: двигатель Mazda 2. |
| Объем двигателя [см 3 ] | 1308 (2616) | |
| Впрыск топлива | Порт клапана | |
| Воздухозаборник | Атмосферный | |
| Фазы газораспределения | фиксированный | |
| T макс. 148 Tмакс. [об/мин] | 5500 | |
| P макс. [л.с.] | 231 | |
| N Pmax [об/мин] | 8200 | |
| N max 9 0149 [об/мин] | 9500 |
6 SI – кривые крутящего момента и мощности при полной нагрузкеКрутящий момент и мощность двигателя Porsche 3.6 при полной нагрузке
| Архитектура цилиндров | 6 плоских | Изображение: Двигатель Porsche 3. |
| Топливо | Бензин | |
| Объем двигателя [см | Порт клапана | |
| Воздух впуск | атмосферный | |
| Фаза газораспределения | переменная | |
| T макс. [Нм] | 405 9 0086 | |
| N Tmax [об/мин] | 5500 | |
| P макс. [л.с.] | 415 | |
| N Pмакс. [об/мин] | 7600 | Н макс. [об/мин] | 8400 |
6 SI – кривые крутящего момента и мощности при полной нагрузкеКлючевые утверждения, касающиеся мощности и крутящего момента двигателя:
Крутящий момент
- крутящий момент является составной частью мощности потери крутящего момента (трение, прокачка)
- при более низком максимальном крутящем моменте, распределенном в диапазоне частот вращения двигателя, это лучше с точки зрения тяги, чем при более высоком максимальном крутящем моменте в точке
- низкий крутящий момент очень важен для пусковых способностей транспортных средств
- высокий крутящий момент полезен в условиях бездорожья, когда автомобиль эксплуатируется на больших уклонах дороги, но на низкой скорости
мощность
- мощность двигателя зависит как от крутящего момента, так и от скорости
- мощность можно увеличить за счет увеличения крутящего момента или частоты вращения двигателя
- высокая мощность важна для высоких скоростей автомобиля, чем выше максимальная мощность, тем выше максимальная скорость автомобиля
- Распределение мощности двигателя при полной нагрузке в диапазоне оборотов двигателя влияет на способность автомобиля к ускорению на высоких скоростях
- Для достижения наилучших характеристик ускорения автомобиль должен эксплуатироваться в диапазоне мощности между максимальным крутящим моментом двигателя и мощностью
Если у вас есть какие-либо вопросы или замечания относительно этого урока, пожалуйста, используйте форму комментариев ниже.
Не забудьте поставить лайк, поделиться и подписаться!
Как читать кривые мощности
Как читать кривые мощности
Все мы знаем одного воина-клавиатура, который размахивает своим динамометрическим листом, как значок бойскаута. Но что вообще означает это большое причудливое число в реальном мире? Как ведет себя его/ее машина по сравнению с другими? И что еще более важно, имеет ли значение это трех- или четырехзначное число? Итак, давайте углубимся в кривые мощности и то, как их результаты могут рассказать нам историю о конкретном двигателе или привычках автомобиля.
Что такое мощность?
Во избежание путаницы скажем, что «сила» и «работа» — это разные термины .
Мощность — это скорость, с которой мы выполняем работу; Работа – это само действие. Это означает, что если мы поднимем 20-фунтовый вес на высоту 10 футов за одну секунду, мы создадим 200 футо-фунтов мощности в секунду.
Хорошо, но откуда берутся лошадиные силы?
Ну, Джеймс Уатт (парень, который помог разработать паровой двигатель) решил, что нам нужна общая единица измерения для определения мощности. Путем испытаний он установил, что лошадь может поднять 550 фунтов со скоростью один фут в секунду. Так родился термин «лошадиная сила».
Отлично! Теперь у нас есть единый стандарт измерения мощности, но что, если выполняемая работа вращательная (т.е. ведущие колеса или вращающийся коленчатый вал)? Мы можем рассчитать это, умножив «крутящий момент» (вращательная работа) и скорость (об/мин), а затем разделив это значение на 5252 .
Подождите, 5252?
Не волнуйтесь, думайте об этом как о постоянной цифре, используемой для преобразования единиц во что-то узнаваемое.
Скорость двигателя измеряется числом оборотов в минуту (об/мин), но г-н Ватт определил мощность как 550 футо-фунтов за одну секунду. Добавьте тот факт, что мы измеряем скорость, а не расстояние, становится очевидным, что это преобразование необходимо. Вот краткая разбивка:
Мы знаем, что 1 лошадиная сила эквивалентна 550 футо-фунтам в секунду. Наш динамометрический стенд измеряет мощность в крутящем моменте и частоте вращения двигателя, но нам нужно преобразовать эти значения в наши единицы футо-фунтов в секунду.
Одна минута эквивалентна 60 секундам, это понятно. Но как мы можем объяснить длину без измеренного расстояния? С радианом. Думайте об этом как об отношении радиуса круга к заданной длине окружности (внешнего края). Поскольку мы измеряем один оборот, эта дуга равна его радиусу (то же самое, что и умножение на 1).
Подождите, что? Да, этот радиан эквивалентен умножению на 1, и это относится ко всем кругам (потому что по определению они составляют 360 градусов).
Итак, давайте преобразуем этот RPM в RPS (секунды), умножив его на длину окружности (радиус/длина которой равна 1). Затем переведите минуты в секунды, разделив на 60. Вуаля , теперь у нас есть 0,10472 RPS.
Теперь у нас есть возможность преобразовать эти 550 футо-фунтов в секунду в обычное значение. Разделите наши 550 на 0,10472 RPS, чтобы получить…. 5252.
Как мы это измеряем?
Если вы читаете это, то вы, скорее всего, автомобильный энтузиаст. Это означает, что вы, по крайней мере, слышали о динамометрическом стенде шасси. Но что это такое и как они превращают кричащий выхлоп в фигуру, которую мы можем понять и рассказать нашим друзьям?
Динамометры обычно бывают двух видов, первый и самый простой – это инерционные динамометры. По сути, это очень большой, тяжелый стальной барабан, к которому также привязано транспортное средство, и рассчитать, насколько быстро вы можете разогнать этот барабан (чем быстрее он вращается, тем больше лошадиных сил вы заработали).
Они очень полезны для встречных прогонов мощности и для механической настройки топлива (карбюраторные двигатели).
Второй и более полезный тип известен как несущий (установившийся) динамометрический стенд. Они дают вам возможность удерживать двигатель на стабильных оборотах и измерять выходной крутящий момент в режиме реального времени. Это дает тюнерам возможность настраивать определенные топливные элементы для получения более полной таблицы.
Для более подробного ознакомления с различными типами динамометрических стендов, включая динамометрические стенды шасси, ступиц и двигателей, обязательно ознакомьтесь с видео Скотта «Основы настройки динамометров» ниже: сами ролики. Ролики большего размера свободно вращаются и просто помогают удерживать шину на месте во время пробега.
Ролики меньшего размера с накаткой (шероховатая обработанная поверхность для сцепления) крепятся непосредственно к валу замедлителя. Этот вал замедляется (замедляется) вихретоковым тормозом, который представляет собой большой электромагнитный тормоз, приводимый в действие для создания сопротивления/нагрузки на валу.
Видишь ту синюю скобу на вихретоковом тормозе? Он прикреплен к тензодатчику, который рассчитывает величину силы, которой подвергается ролик.
Существуют такие переменные, как тепло, импульс и механические потери, которые учитываются при генерировании окончательных чисел. Но, по сути, со скоростью (об/мин катка) и усилием (усилием на тензодатчике) компьютер может рассчитать мощность, генерируемую нашим динамометрическим стендом.
Что нам с ним делать?
Отлично, теперь мы знаем, что такое мощность и как она измеряется. Но что вы должны вынести из этого причудливого динамометрического листа, что вы узнали? Давайте посмотрим на тягу, зарегистрированную на нашем динамометрическом стенде с безнаддувным четырехцилиндровым двигателем.
Эта тяга была сделана на скорости от 40 км/ч до 150 км/ч, при этом динамометр позволял увеличивать скорость только на 20 км/ч каждую секунду (всего 6 секунд). Обратите внимание на обведенную линию на верхнем графике, она представляет выходную мощность в лошадиных силах во время пробега.
Мы видим общую пиковую мощность 165 кВт (~ 221 л.с.), что является респектабельным числом для четырехъядерного сумматора без мощности.
Но важнее форма общей кривой. Подумайте об этом при ежедневном вождении, мы не увидим огромной задержки в производительности, он будет довольно отзывчивым при ускорении с низкой скорости (представьте, что вы въезжаете на межштатную автомагистраль). Независимо от того, где мы находимся на графике, вы можете ожидать, что этот двигатель будет производить не менее 45-50 кВт (~ 65 л.с.) на колесах. Которой в маленьком транспортном средстве было бы достаточно мощности, чтобы уйти со своего собственного пути.
Хорошо, отлично, но что произойдет, если мы добавим немного ускорения?
Взглянем на турбированный R32 GTR. Это модифицированный рядный 6-цилиндровый двигатель с турбокомпрессором большего размера, чем у оригинального. Используя ту же тягу/нагрузку (20 км/ч/сек), мы видим совсем другую форму кривой. В то время как пиковая выходная мощность составляет 520 кВт (~ 710 л.
с.), что в три раза больше, чем у нашего четырехцилиндрового двигателя, вы можете видеть, что большая часть этой мощности не проявлялась до скорости около 140 км/ч.
Если бы это был дорожный автомобиль, плавная, но более низкая мощность четырехцилиндрового двигателя была бы намного приятнее. Но в сценарии дрэг-рейсинга вялая рядная шестерка была бы абсолютным бунтом на более высоких оборотах/скорости. Вот почему важно выбрать комбинацию двигателей, которая соответствует назначению вашего автомобиля.
Почему так важна «площадь под кривой»?
Давайте еще раз посмотрим на четырехцилиндровый динамик; мы знаем, что линия представляет результат за весь прогон.
Площадь под этой линией представляет собой общее усилие (работу), произведенное нашим двигателем. Когда мы говорим, что стремимся максимизировать площадь под кривой, это означает, что мы стремимся генерировать как можно больше работы/мощности во всем диапазоне оборотов. Чем больше площадь под кривой, тем больше энергии мы производим.
Зачем нам это?
Хорошо, представьте, что у нас есть дрэг-кар с управлением запуском, модифицированным дифференциалом и гоночной трансмиссией. Целью этого транспортного средства является максимально быстрая передача максимальной мощности на поверхность гусеницы. Стоит ли прилагать усилия для получения большой мощности на низах, или мы можем сосредоточиться на точной настройке двигателя, чтобы обеспечить мощность в определенном диапазоне более высоких оборотов?
Если у нас есть возможность использовать такие инструменты, как двухступенчатый тормоз и транстормоз (кстати, обоими можно управлять с помощью ЭБУ Haltech), то можно помочь изолировать диапазон мощности двигателя. Подумайте о динамометрическом листе R32, этой значительной задержки мощности можно избежать / проигнорировать с помощью нескольких уловок. Удерживая двигатель в области, где он генерирует максимальное значение общего крутящего момента, мы знаем, что он будет прилагать максимально возможное усилие.