Крутящий момент или мощность – развеиваем мифы
Приветствуем всех автолюбителей! Ни раз многие из нас сталкивались со спорами что же важнее мощность или крутящий момент. Кто то даже приводит высказывание якобы Генри Форда: «Лошадиные силы продают автомобиль, а крутящий момент выигрывает гонки» Кто то говорит, что крутящий момент влияет на разгон, а мощность на максимальную скорость, а некоторые наоборот считают, что исключительно мощность важна.
В этой статье мы максимально подробно и досконально разберем все аспекты, раз и на всегда закроем десятки мифов и домыслов.
Что такое крутящий момент?
Это произведение силы на плечо рычага, к которому она приложена. Сила измеряется в Ньютонах, а плечо рычага в метрах – Нм. 1 Нм равняется силе в 1 Ньютон, которая приложена к рычагу в 1 метр. 1 килограмм силы (1кгс) равен 9.8 Н.
Нужно понимать, что крутящий момент развивает все, что крутится и к нему прикладывается сила: Вы закручиваете гайки на колесе – наступая на гаечный ключ длинной 40 см (0.4 метра) всем телом 80 кг — создаете крутящий момент 0.4*80=32кг*м или 313.6 Нм.
Велосипедист весом 90кг, давящий всем весом на педаль с рычагом 35 см, развивает 0.35*90 = 31,5 кг*м = 308,7 Нм – Да да, крутящий момент велосипедиста – 300Нм! Как у трехлитрового атмосферного мотора!
Но, прежде чем дать понятие мощности, нужно еще ввести одну переменную – обороты в минуту.
Вернемся к велосипедисту и его 300Нм крутящего момента. Нам нужно понять на каких оборотах он может поддерживать этот момент. Как правило это около 1 вращения педалей в секунду. То есть 60 об/мин. Значит 300Нм при 60 об/мин.
Так же и многие производители указывают характеристики своих ДВС – например 250Нм при 4000об/мин. Но теперь становится не понятно — какой двигатель будет быстрее разгонять автомобиль: у которого 250Нм при 4000 об/мин или у которого 200Нм при 6000 об/мин. Как сравнить?
Очень просто — достаточно привести обороты коленчатого вала к одному знаменателю с помощью редуктора:
250Нм при 4000 об/мин, ставим понижающий вдвое редуктор и получаем 500Нм при 2000 об/мин (обороты понижаются вдвое, крутящий момент возрастает вдвоем, потерей на редукторе пренебрегаем)
200Нм при 6000 об/мин, ставим понижающий втрое редуктор и получаем 600Нм при 2000 Об/мин. Теперь четко можно сравнить эти два мотора:
250Нм при 4000 об/мин — > 500Нм при 2000 об/мин
200Нм при 6000 об/мин — > 600Нм при 2000 об/мин
то есть второй мотор на 20% «мощнее» первого, что на первый взгляд далеко не очевидно. Но не дело же каждый раз заниматься подбором «редукторов», чтобы честно сравнить крутящий момент моторов. Чтобы этим не заниматься и придумали понятие мощности для ДВС.
Итак, мощность для ДВС — это крутящий момент, умноженный на обороты, на которых он достигается, деленный на константу 9550. Результат мы получаем в киловаттах. Для того чтобы сразу получать результат в лошадиных силах нужно 9550 разделить на 1.36 – 7022. Или P(л.с.)=M(Нм)*N(об/мин)/7022.
Посчитаем сразу мощность велосипедиста:
(300Нм*60об/мин)/7022 = 2,56 лошадиные силы при 60 об/мин. Не густо. На деле еще меньше, потому что давить педали полным весом с частотой 1 об/мин не так просто)
Вернемся к нашим ДВС:
250Нм при 4000 об/мин – (250*4000)/7022 = 142.2 л.с.
200Нм при 6000 об/ мин – (200*6000)/7022 = 170.8 лс.
Это означает, что двигатель с бОльшей максимальной мощностью будет иметь и бОльший крутящий момент, при уравнивании частоты вращения выходного вала. Это аксиома.
Для закрепления приведем пример дизельного двигателя трактора (700Нм при 1300об/мин) и мотоцикла (110Нм при 13000об/мин):
(700Нм*1300 об/мин)/7022 = 129.5 л.с. — трактор
(110Нм*13000 об/мин)/7022 = 203 л.с. — мотоцикл.
На всякий случай проверим с помощью старой схемы с редукторами — поставим понижающий в 10 раз редуктор на мотоцикл — 110Нм при 13000об/мин превратятся в 1100Нм при 1300об/мин — крутящий будет гораздо больше чем у трактора. И да двигатель мотоцикла будет тянуть бОльший груз и быстрее разгонять трактор если его туда поставить.
На этом можно было бы заканчивать статью, если бы было все так просто. Дело в том, что мы рассчитали мощность и момент лишь в одной конкретной точке – а именно 60 об/мин, 4000 и 6000 об/мин соответственно.
У современных бензиновых моторов рабочий диапазон как правило от 800 до 6500 об/мин и в каждой точке двигатель будет обладать уникальной парой мощность/крутящий момент.
Можно наглядно посмотреть на график с диностенда – взять любую точку мощности при об/мин и посчитать крутящий момент, или наоборот с помощью формулы указанной выше. Так собственно и работает диностенд.
Тут возникает вопрос – если у ДВС максимальный крутящий момент скажем 200Нм при 5000об/мин, почему тогда максимальная мощность аж на 6400 об/мин, а не при тех же 4500 об/мин?
Дело в том, что:
На первый взгляд многим будет не понятно, для этого приведем пример все того же ДВС 200Нм при 5000об/мин. Посчитаем мощность — (200*5000)/7022 = 142.4 л.с.
А теперь двинемся дальше по оборотам на 20% — до 6000 об/мин. Допустим у нас крутящий момент упал с 200Нм до 190Нм, итого получаем 190Нм при 6000об/мин – вырастит ли мощность – давай посчитаем – 190*6000/7022= 162.3 л.с. Выросла!
А все потому, что обороты выросли на 20%, а крутящий момент упал на 5%, как итог мощность выросла на 14%.
А если мы пойдем еще дальше: например сдвинемся еще на 10% оборотов – 6600, а крутящий момент упадет на 12% — до 167 Нм, тогда получим – 167*6600/7022 = 157.1 л.с Именно поэтому повторимся: максимальная мощность растет до тех пор, пока крутящий момент падает медленнее чем растут обороты.
Отсюда следует, что точку максимальной мощности можно так же назвать точкой максимального приведенного крутящего момента, именно в этой точке будет максимальный крутящий момент у мотора на выходном валу.
А это означает:
Так же отсюда следует, что крутящий момент – величина относительная, и не подлежит сравнению между собой на прямую, в то время как мощность – абсолютная и 150 л.с. при 6000 об/мин, это тоже самое что 150 лс при 3500 об/мин.
Сразу же можно дать ответ на вопрос – почему вариаторные коробки передач в режиме максимального разгона всегда держат обороты в районе максимальной мощности, а не, например максимального крутящего момента. Ответ прост и написан выше – потому, что именно в этой точке, на колесах будет максимальный крутящий момент при заданной скорости, для обеспечения максимального ускорения.
Поэтому когда вам говорят у меня 150 сил и «аж 400 момента», не пугайтесь, это просто дизель, у которого момент на очень низких оборотах. Эксплуатировать такой автомобиль в условиях города очень комфортно, НО именно мощность выигрывает гонки, мощность разгоняет автомобиль и от мощности зависит максимальная скорость 😉
Наша страница на DRIVE2:
В чем разница между крутящим моментом и мощностью?
В большинстве случаев, когда рекламируют большие грузовики, говорят о впечатляющем количестве лошадиных сил и значении крутящего момента двигателя. И, как обычно, нам кажется, что чем больше эти цифры, тем лучше. Но что эти цифры означают, как связаны эти два показателя?
Мощность, которую производит двигатель, называется лошадиная сила. С точки зрения математики, одна лошадиная сила — это мощность, достаточная для поднятия груза массой в 75 кг на высоту 1 метр за 1 секунду, или мощность, достаточная для поднятия груза массой в 4500 кг на высоту 1 метр за 1 минуту. В физике мощность имеет простое определение, как скорость выполнения работы.
Мощность двигателя в л. с. измеряется при помощи динамометра. Динамометр подает нагрузку на двигатель и измеряет касательное усилие, прилагаемое коленвалом двигателя, для сопротивления данной нагрузке. Обычно это тормозная нагрузка, препятствующая вращению колес.
При этом динамометр измеряет эффективный крутящий момент двигателя. В автомобиле крутящий момент измеряется на различных скоростях вращения двигателя, или оборотах в минуту (об/мин). Для получения мощности в лошадиных силах, необходимо подставить эти два значения в формулу: крутящий момент умножить на об/мин и разделить на 5252. Общество автомобильных инженеров выделяет два стандарта определения мощности в лошадиных силах: нетто и брутто. При измерении мощности брутто, с двигателя снимаются многие нагрузки, включая управление выхлопом. Мощность нетто можно узнать при испытаниях автомобилей в выставочных залах, и именно это значение используется в рекламе и фиксируется в технической документации производителя.
Мощность в л. с. определяется через крутящий момент по той причине, что крутящий момент проще измерить. Крутящий момент определяется как вращающая сила, которая может вызывать или не вызывать движение. Измеряется как значение силы, умноженное на длину рычага, посредством которого осуществляется воздействие силы. Например, если на ключ длиной 1 м Вы действуете с силой 10 Н для того, чтобы затянуть болт, Вы производите крутящий момент, равный 10 Н*м.
Крутящий момент, как было сказано выше, может быть получен, не вызывая движения объекта. Однако когда происходит движение объекта, оно становится «работой», которую большинство людей подразумевают под крутящим моментом (обычно, говоря о буксировке). Чем больше крутящий момент двигателя, тем больше потенциальной работы он может совершить.
Связь между крутящим моментом и мощностью
Крутящий момент и мощность играют ключевую роль на автомобильном рынке. Цифрам уделяют большое внимание, т.к. они иллюстрируют показатели легкового или грузового автомобиля. В действительности, эти цифры играют гораздо более важную роль, чем думает большинство покупателей. Гораздо важнее, что влияние этих значений в реальных условиях езды и буксировки определяется тем, насколько конструкция автомобиля позволяет этим показателям работать вместе.
Необходимо помнить, что крутящий момент — это основной показатель работы, а мощность — показатель выполнения большей работы. Редуктор, например, может влиять на работу двигателя: Пикап может работать на пониженной передаче для увеличения крутящего момента при выполнении определенных задач, например, транспортировки очень больших грузов. Однако, если автомобили Saturn SL1 и Dodge RAM 1500 будут работать на одной передаче, грузоподъемность RAM будет выше из-за большего количества лошадиных сил. Чем больше вырабатывается лошадиных сил, тем выше потенциал крутящего момента двигателя.
Но это именно потенциал. Потенциал крутящего момента используется в реальных задачах посредством трансмиссии и осей автомобиля, а точнее полуосей. Соединение этих элементов определяет, как мощность переходит в крутящий момент.
Для понимания этого, давайте рассмотрим различия между гоночным автомобилем и трактором. Гоночный автомобиль вырабатывает огромное количество лошадиных сил, но крутящий момент используется для увеличения скорости посредством редуктора. Для движения гоночного автомобиля вперед требуется относительно немного работы, поэтому большая часть мощности идет на развитие скорости.
Трактор, с другой стороны, может иметь двигатель такого же объема, вырабатывающий такое же число лошадиных сил. Мощность используется для выполнения работы посредством редуктора. Трактор не может развить высокую скорость, однако может толкать и буксировать огромные веса.
В следующий раз, когда Вы увидите по телевизору рекламу автомобиля, подумайте о том, что значат показатели мощности и крутящего момента, о которых идет речь. Оба показателя связаны — они не могут существовать друг без друга, однако играют различную роль в работе грузового или легкового автомобиля.
Что важнее: Мощность или крутящий момент?
Выбираем «правильный» двигатель по техническим характеристикам
Когда речь заходит о выборе машины, то большинство людей смотрит на максимальную мощность. Они считают, что это важнейшая характеристика двигателя. Меньше людей смотрит на крутящий момент, считая, что именно он правит балом. Кое-кто смотрит и на мощность, и на крутящий момент, но цифры в технических характеристиках всё равно почти ничего не значат в реальной жизни. Гораздо важнее обороты двигателя, на которых достигаются пиковые значения. Но и это ещё не всё, и вот почему.
Чего хочет водитель
Цифры можно сравнивать, но большее значение мощности или крутящего момента не говорит о том, что в реальной жизни машина при прочих равных будет быстрее, а двигатель, как говорят, эластичнее. Смотреть нужно на графики. Графики крутящего момента и мощности в зависимости от оборотов двигателя одновременно. Чем больше крутящий момент на низах, чем ближе крутящий момент к максимальному на средних оборотах и чем позже достигается максимальная мощность, тем лучше. По сути, это и есть формула идеального мотора, но достигнуть её очень тяжело.
Генри Форд в свое время говорил: «Мощность продает автомобиль, но гонки выигрывает крутящий момент».
Читайте также
Ещё он говорил: «Спросите любого водителя, чего он хочет, и он ответит, что хочет больше мощности».
Обе цитаты в полной мере верны и сегодня, но вернемся к теме. Нельзя рассуждать о мощности и крутящем моменте по-отдельности по одной простой причине — и тут, возможно, для кого-то сейчас я открою Америку: мощность и крутящий момент связаны между собой. В упрощенном виде зависимость выглядит так (не пугайтесь, это единственная формула в этой статье): N=k*M*n, где N — это мощность, k-это постоянный коэффициент для перевода в нужные физические величины (Вт, кВт, л.с.), а n — это обороты двигателя (те, самые, которые указываются на тахометре).
Из этой формулы следует, что чем больше крутящий момент, тем больше мощность. Обращаю, кстати, внимание на то, что именно мощность зависит от крутящего момента, а не наоборот. Таким образом, так как у дизельных моторов большой крутящий момент, у них должна быть и высокая мощность, но на первый взгляд это не так.
Дизельный парадокс
Давайте для примера возьмем два мотора BMW: 3-литровый бензиновый и 3-литровый дизельный. У первого крутящий момент 400 Нм при 1200−5000 об/мин, а мощность 306 л.с. при 5800−6000 об/мин. У дизельного же крутящий момент больше — 560 Нм при 1500−3000 об/мин, но мощность меньше — 258 л.с. при 4000 об/мин. Почему так?
Все дело в оборотах, при которых достигается максимальная мощность. Дизельный мотор в силу своей конструкции не может выдавать большие обороты, но теоретически, если бы его можно было раскрутить до бензиновых 6000 оборотов в минуту, его мощность составляла бы 479 л.с.
Читайте также
По этой же причине малообъемные, но высокооборотистые мотоциклетные и гоночные двигатели при небольшом крутящем моменте выдают огромные мощности. Но вернемся к реальной жизни. На что же смотреть при покупке автомобиля, раз крутящий момент и мощность взаимозависимы?
Турбомоторы рулят
Смотреть нужно на графики распределения мощности и крутящего момента по всему диапазону работы мотора. Так, сравнивая типичный атмосферник и турбомотор, можно сделать три вывода.
Чем раньше достигается максимальный крутящий момент, тем лучше. По этому параметру выигрывает турбированный мотор.
Чем позже достигается пик мощности, тем лучше. По этому параметру у моторов паритет.
Чем ближе к максимальному крутящий момент на средних оборотах. тем лучше. Тут снова выигрывает турбированный, потому что на средних оборотах у него как раз максимум.
Что ещё можно сказать? Ну, например, то, что у турбированного мотора будет ровная тяга в среднем диапазоне оборотов, а ближе к красной зоне будет резкий спад тяги. У атмосферного мотора тяга будет увеличиваться и уменьшаться равномерно.
Читайте новости «Свободной Прессы» в Google.News и Яндекс.Новостях, а так же подписывайтесь на наши каналы в Яндекс.Дзен, Telegram и MediaMetrics.
Российские владельцы премиум-авто в панике — их навороченные машины дистанционно блокирует Европа
«Корейцы» могут снова появиться на российском рынке, но под китайским брендом
Все ограничения на вывоз из РФ автомобильного топлива сняты — новый дефицит не за горами
Что важнее: крутящий момент или мощность двигателя?
Несмотря на то, что гужевой транспорт давно «канул в Лету» и «л. с.» является персоной нон-грата в международной системе классификации, «лошадиная» единица измерения мощности продолжает пользоваться спросом. Причем не только у простого люда, но и на государственном уровне. Для этого достаточно взглянуть на квитанцию об уплате транспортного налога.
Между тем, появившаяся в период промышленной революции «л. с.» весьма условна. А все потому, что она определяет относительный уровень производительности среднестатистической лошади путем определения усилий, необходимых для подъема 75-килограммового груза на один метр за одну секунду. Новая единица измерения, взятая на вооружение фабрикантами для оценки превосходства стационарных механизмов над животными, со временем перекочевала в мир подвижного состава.
Позже шотландский инженер Джеймс Уатт ввел в обращение официальную единицу измерения мощности своего имени – «Вт», которую для удобства использования укрупнили до «кВт». Ватт, синхронизированный с л. с. в соотношении 1 кВт = 1,36 л. с., так и не добился всеобщей любви, оставив пальму первенства конской силе. Однако мощность мощностью, но, как говорится, двигает машину не она, а крутящий момент, измеряемый в ньютон-метрах (Н∙м).
Что такое крутящий момент?
У многих автомобилистов нет адекватного представления о том, что это за «зверь». О нем, впрочем, как и о мощности, бытует расхожее мнение: чем больше, тем лучше. По сути, это тесно связанные характеристики. Мощность в ваттах не что иное, как крутящий момент в ньютон-метрах, умноженный на число оборотов и на 0,1047. Другими словами, мощность демонстрирует количество работы, выполняемой двигателем за определенный промежуток времени, а крутящий момент отражает способность силового агрегата эту работу совершить. Если, скажем, автомобиль завяз в глинистом грунте и обездвижился, то производимая им мощность будет равняться нулю. Ведь работа не совершается. А вот момент, хотя его и не хватает для движения, присутствует. Крутящий момент без мощности существовать может, а мощность без момента — нет.
Главным достижением работающего мотора при превращении тепловой энергии в механическую является момент, или тяга. Высокие моментные значения характерны для дизельных двигателей, конструктивная особенность которых – большой (больше диаметра цилиндра) ход поршня. Большой крутящий момент у дизеля нивелируется относительно низким допустимым числом оборотов, которые ограничивают для увеличения ресурса. Высокооборотистым бензиновым моторам свойствен «крен» в сторону мощности, ведь их детали отличаются меньшим весом. И степень сжатия тоже ниже. Правда, современные силовые агрегаты – и дизельные, и бензиновые – совершенствуясь, становятся ближе и конструктивно, и по показателям. Но пока банальное правило рычага сохраняется: выигрывая в силе, проигрываешь в скорости. И, соответственно, в расстоянии.
Лучшие черты двигателя определяются совокупностью оптимальных значений мощности и тяги. Чем раньше наступает максимум крутящего момента и чем позже пик мощности, тем шире диапазон возможностей силового агрегата. Близкие к оптимальным характеристики имеют электрические двигатели. Они располагают тягой, близкой к максимальной, практически с начала движения. В то же время значение мощности прогрессивно возрастает. Существенным фактором в вопросах определения мощности и крутящего момента являются обороты двигателя. Чем они выше, тем большую мощность можно снять.
В этом контексте уместно упомянуть о гоночных моторах. Из-за относительно скромных объемов они не блещут умопомрачительным крутящим моментом. Однако способны раскручиваться до 15–20 тыс. оборотов в минуту (мин -1 ), что позволяет им выдавать супермощность. Так, если рядовой силовой агрегат при 4000 об/мин генерирует 250 Н∙м и порядка 140 л. с., то при 18 000 мин -1 он мог бы выдать в районе 640 л. с.
К сожалению, повышать частоту вращения довольно сложно. Мешают силы инерции, нагрузки, трение. Скажем, если раскрутить мотор от 6000 до 12 000 мин -1 , то силы инерции возрастут вчетверо, что потенциально грозит опасностью перекрутить мотор. Повысить величину крутящего момента можно с помощью турбонаддува, но в этом случае негативную роль начинают играть тепловые нагрузки.
Принцип максимальной отдачи мощности красноречиво иллюстрируют моторы болидов «Формулы-1», имеющие весьма скромный объем (1,6 литра) и относительно невысокий показатель тяги. Но за счет наддува и способности раскручиваться до высоких оборотов выдают порядка 600 л. с. Плюс к тому, конструкция у «Ф1» – гибридная, и электродвигатель, дополняющий основной мотор, при необходимости добавляет еще 160 «лошадей».
Важной характеристикой, отражающей возможности мотора, является диапазон оборотов, при котором доступна максимальная тяга. Но еще важнее эластичность двигателя, то есть способность набирать обороты под нагрузкой. Другими словами, это соотношение между числами оборотов для максимальной мощности и оборотов для максимального крутящего момента. Оно определяет возможность снижения и увеличения скорости за счет работы педалью газа без переключения передач. Или возможность езды на высоких передачах с малой скоростью. Эластичность, к примеру, выражается способностью автомобиля разгоняться на пятой передаче с 80 до 120 км/ч на пятой. Чем меньше времени займет этот разгон, тем эластичнее двигатель. Из двух двигателей одинакового объема и мощности предпочтителен тот, у которого выше эластичность. При прочих равных условиях такой мотор будет меньше изнашиваться, работать с меньшим шумом и меньше расходовать топливо, а также облегчит работу трансмиссии.
А если все-таки задаться вопросом о том, что важнее – крутящий момент или мощность, деля мир на черное и белое, ответ будет предельно прост: так как это зависимые величины, важно и то и другое.