Чем отличается крутящий момент от мощности

Автомобильным инженерам давно и совершенно точно известны понятия и особенности таких чисто физических величин, как мощность и крутящий момент двигателя. Вопросы возникают у начинающих, но интересующихся техникой автомобилистов.

Особенно в последнее время, когда многочисленные популяризаторы и обзорщики автомобилей, сами не очень понимающие теоретические основы, начали приводить в описаниях моторов величину крутящего момента, выдвигая её как чуть ли не самый важный показатель эксплуатационной ценности автомобиля.

Не разъясняя сути, а значит и вводя в заблуждение читателей и зрителей.

Что такое мощность ДВС

Мощность – это способность выполнять работу в единицу времени. Применительно к автомобильному двигателю данное понятие максимально характеризует отдачу мотора.

Машина в движении сопротивляется тяге двигателя, потери идут на аэродинамику, трение и набор потенциальной энергии при движении на подъём. Чем больше энергии уйдёт на эту работу в каждую секунду, тем выше окажется скорость автомобиля, а значит и его эффективность как транспортного средства.

Мощность измеряется в лошадиных силах, что сложилось исторически или в киловаттах, это принято в физике. Соотношение простое – одна лошадиная сила составляет примерно 0,736 киловатта.

Виды мощности

Тяга мотора создаётся за счёт преобразования энергии горящей смеси в цилиндрах в механическую работу по вращению коленчатого вала и связанной с ним трансмиссии. Ключевая величина – давление на поршень в цилиндре.

В зависимости от способа расчёта мощность может быть разной:

• индикаторная – вычисляется через среднее давление за цикл и площадь днища поршня;
• эффективная – примерно то же самое, но в условное давление вносятся поправки на потери в цилиндре;
• номинальная, она же максимальная – более приближенный к конечному пользователю параметр, указывающий на способности мотора по полной отдаче;
• удельная или литровая – демонстрирует совершенство мотора, его способность отдавать максимум с единицы рабочего объёма.

Поскольку речь идёт о работе в единицу времени, то отдача будет зависеть от скорости вращения коленчатого вала, с увеличением оборотов она возрастает.

Но только теоретически, поскольку на больших оборотах растут потери, ухудшаются условия для наполнения цилиндров и работы механизмов обеспечения. Поэтому существует понятие оборотов максимальной мощности.

Двигатель может раскрутиться и больше, но отдача снизится. До этого момента каждое значение рабочих оборотов соответствует своему уровню мощности.

Как узнать мощность двигателя

Значение параметра рассчитывается ещё при разработке мотора. Затем проводятся испытания, доводка, оптимизация режимов. В результате в паспортных данных двигателя указывается его номинальная мощность. Практически именуемая максимальной, так понятнее потребителю.

Существуют моторные стенды, способные нагрузить двигатель и определить его мощность на любых оборотах. Это можно сделать и в составе автомобиля.

 

Он устанавливается на роликовый стенд, выделяемая в нагрузку энергия точно замеряется, учитываются потери в трансмиссии, после чего компьютер выдаёт результат, относящийся непосредственно к мотору. Это полезно при диагностике состояния автомобиля, а также в процессе тюнинга, то есть доработки двигателя с улучшением выбранных характеристик.

Современные системы управления двигателем хранят в памяти его математическую модель, по ней происходит подача топлива, выработка углов опережения зажигания и другие оперативные регулировки.

Компьютер по имеющимся данным вполне способен косвенно рассчитать и мощность, иногда данные даже выводятся на индикаторные дисплеи водителя.

Что такое крутящий момент

Крутящий момент равен произведению силы на плечо рычага, в роли которого может выступать маховик двигателя, любой элемент трансмиссии или ведущее колесо.

Эта величина точно связана с мощностью, которая пропорциональна моменту и скорости вращения. Именно она и берётся в основу модели двигателя при работе управляющего компьютера. Момент также однозначно связан с давлением газов на поршень.

Главное отличие значения крутящего момента состоит в том, что он легко может быть изменён в трансмиссии. Понижение передачи в коробке или изменение передаточного числа редуктора ведущего моста, даже простое увеличение или уменьшение радиуса вращения колеса пропорционально меняют момент, а значит и тяговое усилие, прикладываемое к автомобилю в целом.

Поэтому бессмысленного говорить о том, что машину разгоняет момент двигателя. Достаточно включить передачу пониже – и он возрастёт на любую величину.

Внешняя скоростная характеристика (ВСХ)

Связь между мощностью, моментом и оборотами наглядно демонстрирует график их соответствия. По горизонтальной оси откладываются обороты, по двум вертикальным – мощность и момент.

На самом деле ВСХ может быть много, они уникальны для каждой величины открытия дросселя. Но пользуются одной – когда педаль акселератора выжата полностью.

По ВСХ видно, что мощность нарастает с увеличением оборотов. Неудивительно, поскольку она им пропорциональна при постоянном моменте, но он не может быть одинаковым на всех частотах вращения.

Момент мал на самых низких, затем возрастает, а по приближению к максимуму снова падает. Причём настолько, что мощность имеет пик на тех самых номинальных оборотах.

Практическую ценность имеет не столько момент, сколько его распределение по оборотам. Желательно сделать его равномерным, в виде полки, таким мотором удобнее управлять. К этому и стремятся на гражданских машинах.

Какой двигатель лучше, с высоким моментом или мощностью

Различают несколько видов двигателей:

• низкооборотные, с «тракторным» моментом на низах;
• спортивные высокооборотные с выраженным пиком мощности и момента ближе к максимуму;
• практичные гражданские, полка момента выровнена, можно двигаться с минимумом переключений, при этом иметь запас по мощности, если раскрутить двигатель.

Всё зависит от назначения двигателя и предпочтений водителя. Спортсменам важна мощность, они не ленятся переключаться, чтобы иметь момент на колёсах для разгона с любой скорости. Но такие двигатели нуждаются в раскрутке, что даёт лишний шум и снижение ресурса.

Грузовые дизели и моторы с современными системами турбонаддува настроены на работу с большим моментом на низких оборотах и невысокой частотой вращения при максимальной мощности. Они долговечнее и удобнее в управлении.

Поэтому сейчас это основная тенденция в моторостроении. Именно автоматические трансмиссии и ровное распределение момента по кривой оборотов позволяют не задумываться при выборе двигателя, а смотреть только на его максимально выдаваемую мощность.

Вариатор или многоступенчатая АКПП сами выберут оптимальный момент на ведущих колёсах.