Це питання - одна з головних тем "холіваров" на автомобільних форумах. Опоненти готові порвати один одного, приводячи десятки аргументів. Але ж все просто: потужність-це і є момент! Як так? Зараз пояснимо.
У дитинстві багато людей старшого віку збирали фантики "Турбо", на них майже обов'язково вказувалися потужність і максимальна швидкість машини. Чим більше цифри, тим більше поваги моделі авто. Схоже, так і триває досі - зайві кілька кінських сил часто стають вирішальним аргументом "за" або "проти" будь-якої машини.
Але ось уже чути голоси пізнали дизельний Дзен про те, що важливий тільки Крутить Момент, та й підозріло хороша динаміка слабших бензинових моторів з усякими турбінами або різними там системами VVT-i змушує іноді водіїв засумніватися у вірності принципу "чим потужніший, тим швидше" , а вже про податки, які чомусь залежать від потужності, і так все чули.
Так що ж таке потужність і як вона пов'язана з динамікою?
У паспортних характеристиках машини і на тих самих вкладках "Турбо" зазначено максимальну потужність двигуна. Але що вона дає машині? І як з нею пов'язаний крутний момент? Постараємося пояснити максимально просто цю важливу істину.
Крутний момент, нагадаємо, є твір сили на плече важеля. А для двигуна - це сила, з якою обертається колінчастий вал двигуна. Вимірюється зазвичай в ньютонах на метр або в кілограм-силах на метр.
Графік зовнішньої характеристики двигуна
Власне, момент виникає, якщо гальмувати обертання колінчастого вала якимось способом - Гідротормоз, генератором або змусити тягнути машину. Саме так його і заміряють - гальмують сам двигун або колеса машини Гідротормоз. Для двигуна зазвичай вказується максимальний крутний момент, який розвиває мотор при повністю натиснутій педалі газу, з чиєю допомогою водій якраз регулює, яку частину моменту може дати двигун. Залишилося зрозуміти, як цей самий момент змінюється.
Крутний момент залежить від величини оборотів двигуна і на початку невеликий, потім зростає до певного моменту, а потім падає. Чому ж?
Піки і спади на графіку
У реальному експлуатації повний момент буває потрібен рідко, як раз в тих випадках, коли ви протискуєте педаль газу в підлогу і сподіваєтеся, що двигун "витягне", весь інший час він менше максимального на цих оборотах.
Але ми вже знаємо, що момент змінюється не тільки під впливом натискання на педаль газу (механічної або електронної), але і з оборотами. На різних оборотах процеси, що відбуваються в камері згоряння двигуна, різні. Додаткові системи, такі як наддув, системи регулювання фаз ГРМ і інші, ще сильніше змінюють наповнення камери згоряння, кількість палива і момент запалювання, і в результаті якість і сила робочого ходу залежать від оборотів мотора.
Навіть якщо немає ніяких систем електронного регулювання, все одно кількість повітря, що потрапляє в циліндр, кількість залишився вихлопу і оптимальний кут випередження запалювання змінюються з оборотами. На найменших оборотах в циліндрі дуже багато залишкових газів або занадто імовірна детонація, тому крутний момент на малих обертах зазвичай набагато менше максимального.
На середніх оборотах мотор "оживає" - за рахунок пульсацій у впускному трубопроводі більше повітря надходить в циліндри, менше залишкових газів, тому і зростає крутний момент. Якщо у машини є турбіна або нагнітач, то вони починають працювати в повну силу.
Але з ростом оборотів ростуть і механічні втрати на тертя поршневих кілець, тертя і інерційні втрати в ГРМ, на розігрів масла в підшипниках і т.д. і т.п. а якість робочого процесу не поліпшується або навіть починає падати. В результаті на високих оборотах момент починає зменшуватися за рахунок зростаючих втрат. А у турбонаддувного двигуна в якийсь момент перестає вистачати продуктивності турбіни і момент теж починає знижуватися.
Тепер поглянемо на графік типового атмосферного (тобто безнаддувного) мотора часів 90-х років, де є криві не тільки моменту, але і потужності.
А ось турбомотор схожого обсягу, у нього момент в зоні середніх оборотів обмежений електронікою, часто на межі міцності циліндро-поршневої групи, і графік потужності теж дуже "гладкий". Добре помітно, на скільки вище у нього потужність на початку і середині графіка.
Зверніть увагу саме на криву потужності. Вона круто йде вгору там, де момент великий, і майже не росте там, де він падає. Пояснення цьому дуже просте:
Потужність-це те, скільки роботи може виконати мотор за секунду.
Для двигуна внутрішнього згоряння потужність в кіловатах в кожній точці графіка можна отримати, помноживши момент двигуна в ньютонах на число оборотів в хвилину і розділивши на 9549, тобто приблизно так:
Отже, потужність мотора на будь-яких оборотах залежить тільки від крутного моменту на цих оборотах, а максимальна потужність виходить в точці, в якій момент вже зменшується, але при цьому твір потужності і оборотів поки ще збільшується.
І щоб збільшити максимальну потужність, можна просто збільшити момент на високих оборотах або зробити так, щоб він зменшувався не так швидко. Погляньте на типовий графік високо оборотного мотора Honda - японці вчинили саме так.
Сподіваюся, досить зрозуміла точка зору тих, хто говорить, що "потужність не важлива - важливий тільки момент"? Ще раз: потужність як така залежить безпосередньо від моменту і сама по собі є математичною, розрахунковою величиною, яку неможливо виміряти окремо від моменту.
Крутний момент, по суті, відображає ту потужність, яка буде доступна на "неповних" оборотах двигуна, а просто при натисканні на газ при обгоні. І чим моменту більше, тим краще! Адже і потужність на цих оборотах буде вище. А чим більше потужності, тим більше енергії можна додати машині, тим краще динаміка розгону.
А максимальна потужність в першу чергу впливає на максимальну швидкість машини.
Адже при правильно розрахованих передавальних числах головної передачі і КПП виходить, що максимальна швидкість досягається тоді, коли витрачається потужність буде рівна потужності мотора. А потужність всіх втрат якраз залежить від швидкості руху, в першу чергу від опору повітря і опору коченню коліс, і в якийсь момент вона обов'язково збігатиметься з потужністю двигуна, саме ця швидкість і буде максимальною. Бувають, звичайно, прорахунки, коли двигун або не може розвинути обороти максимальної потужності, або вже "впирається" в обмежувач, але це буває не так вже й часто.
Тепер відповім на типовий, але просте запитання: "Чому на дизельних моторах традиційно великий крутний момент, але при цьому порівняно з бензиновими у них невисока потужність?". Все тому, що у дизеля обмежені робочі обороти. Через високий ступінь стиснення дизельних моторів і більш повільно палаючого палива дизелі гірше працюють на великих оборотах, зате у них немає ризику детонації, та й турбіну можна поставити більш ефективну і складну через більш низьку температуру газів на випуску, так що можна подати дуже багато повітря і палива, і момент на малих обертах вийде дуже великий. А іноді по потужності вони навіть будуть не такі вже й далекі від турбонаддувних бензинових, але момент буде не просто великою, а величезним.
Для порівняння наведемо характеристики двох трилітрових моторів від сучасної BMW 5 series, де буде видно, що дизелі ефективні в більш низьких оборотах.
Дизель можна зробити могутніше бензинового мотора, але тоді і так великий момент буде більше ще на чверть, а це означає, що знадобиться нова коробка передач і нові карданні вали, здатні витримувати таку потужність. Та й сам двигун доведеться зробити ще міцніше і важче. Або можна його "розкрутити", але тоді складніше буде працювати паливної апаратури, а допускати димлення і неповного згоряння палива не можна.
Так як же правильно розганятися?
Тут важливо вміти працювати з коробкою передач. Для максимального розгону потрібно перемикатися так, щоб обороти впали приблизно на пік крутного моменту або вище нього, але щоб залишався запас по збільшенню оборотів - розгін вище оборотів максимальної потужності буде йти повільніше. Ідеальний варіант на цивільних машинах - розгін "від піку моменту до піку потужності". Втім, зазвичай на сучасних моторах електроніка просто не дасть "перекрутити" мотор сильно вище піку потужності - це називається отсечкой.
Можна спробувати уявити собі це візуально. Подивіться на графік зовнішньої швидкісної характеристики. Мотор при розгоні повинен якомога більше працювати в зоні, де його потужність максимальна, тобто на високих оборотах поблизу точки максимальної потужності. І при перемиканні передач потрапляти в зону з якомога більшою досяжною потужністю.
Внизу - графіки потужності і моменту вже знайомих нам атмосферного Honda Accord Type R і турбированного Saab 9-3. На графіках ми виділили діапазони обертів, в яких буде працювати двигун, якщо включити другу або третю передачу на швидкості близько 50 км / ч. Чим більше площа фігури під кривою потужності, тим ефективніше розгін.
Якщо коробка вміє перемикатися дуже швидко, то ідеальним випадком буде КПП з дуже "короткій" першою передачею з великим-превеликим передавальним числом для дуже високого моменту. А крім того, дуже великою кількістю передач "на всі випадки життя".
Коротка перша дозволить практично відразу зі старту піднімати обороти до необхідних для впевненого розгону, а потім мотор весь час буде працювати поблизу свого ефективного максимуму. Є одна проблема. На жаль, таких коробок передач не буває.
Найкраще була б електрична передача, але її маса і невисокий ККД (тобто втрати потужності при "пропущенні" через таку трансмісію) при потужності менше кількох тисяч кіловат роблять її застосування нераціональним, якщо тільки на гібридах, як наприклад на "Міцубіші Аутлендер PHEV" .
Здавалося б, є майже ідеальний варіатор, де передавальних чисел безліч, так як вони змінюються плавно. Але він теж страждає низьким ККД при великих передавальних відносинах і не вміє змінювати його дуже швидко ... І в підсумку розгін не краще, ніж у інших трансмісій.
Гідротрансформатор на традиційних АКПП ще гірше, але в поєднанні з механічною коробкою передач забезпечує і надійність, і пристойну швидкість. А механічні коробки і особливо "роботи", незважаючи на неминучі втрати потужності на старті при терті дисків в зчепленні, все одно опиняються швидше за всіх! Потрібно лише дуже багато передач. Наприклад, десять, як в новій версії коробки DSG. Втім, половина з них потрібна не для розгону, а для економічного руху, але про це іншим разом.
Який мотор віддати перевагу - з високим моментом або високою потужністю?
Якщо потужність двох моторів, між якими ви вибираєте, відрізняється не дуже значно, то вибирайте більш "моментний". Особливо якщо ви користуєтеся механічною коробкою передач. Показник максимального моменту і потужності на проміжних режимах в даному випадку важливіше. Якщо ж рухатися доводиться постійно "на межі", то більш тяговітий мотор, та ще й слабший, переваги мати не буде, подивіться хоча б на мотоцикли, високооборотні, але не моментні легко виграють у більш тяговиті низькооборотних.
Але показники треба оцінювати в комплексі. Повернемося до наших "п'ятірок" BMW. Бензинова 535i розганяється до 100 км / год за 5,6 секунди, а дизельна 530d - за 5,7, тому що потужність у бензинової майже на 50 к.с. вище, причому це - турбонаддувний мотор з хорошою потужністю в зоні середніх оборотів теж і багатоступенева АКПП, швидка і сучасна.
Потужності має бути багато, але не тільки на максимальних обертах, а величина крутного моменту говорить нам саме про те, на скільки багато потужності двигун видає при звичайному русі. Наскільки зручно прискорюватися без перемикань передач. І абсолютна величина крутного моменту говорить навіть менше, ніж вказівку діапазону оборотів, на яких момент близький до свого максимуму і наскільки близькі ці обороти до оборотів максимальної потужності. І найкраще з цим справляється графік зовнішньої швидкісної характеристики. А ось сама величина моменту не штовхає вас, адже у більш моментного двигуна просто будуть інші передавальні числа головної передачі і на колесах буде рівно та ж потужність.