Мощность или крутящий момент?
3 137

Мощность или крутящий момент?
Январь 02 17:30 2015

На одном из форумов BMW финальная точка в длинном споре на вечно животрепещущую тему, что главнее для автомобиля момент или мощность, была поставлена приведением в пример трактора ДТ-75, который, обладая фантастическим моментом, никак не может претендовать на лидерство в гонках.

Однако в жизни все не так просто.

Для начала пример с трактором опровергается некорректностью сравнения крутящего момента на валу двигателя и его же, но непосредственно на колесе или, в случае гусеницы, ведущей звездочки. Проходя через трансмиссию момент многократно усиливается и имеет весьма малую зависимость от момента самого двигателя. Собственно двигатель СМД-14, который ставили на 75-сильный ДТ-75, имеет очень скромные характеристики и по мощности и по моменту, а поразительные тяговые результаты самого трактора достигаются понижающими передачами.

Вообще, говоря о моменте, применительно к автомобилю, интереснее всего начинать с третьего закона Ньютона, по которому для каждой силы всегда есть равная ей сила приложенная в противоположном направлении и равная по значению.

Что бы там внутри автомобиля не крутилось, все равно все кончится силой трения резины о поверхность дороги и больше этой силы трения, по фундаментальным законам физики, из автомобиля выжать невозможно.

Чтобы бы там маркетологи и гаражные гуру не заявляли и каких бы космологических теорий не строили на автомобильных форумах.

Максимальная сила трения резиновой покрышки на сухом асфальте около 2000 Ньютонов, при радиусе колеса примерно 30см, она будет превышена крутящим моментом в 700Н/м. Таким образом, для моноприводного автомобиля, с двумя ведущими колесами, крутящий момент подводимый к осям не имеет смысла делать больше 1500Н/м. Передаточное число главной передачи обычно больше трех, но возьмем его по минимуму, тогда крутящий момент на выходе из коробки передач имеет смысл, если он не больше 1500:3=500Н/м.

Эти 500Н/м чудесным образом совпадают с крутящим моментом двигателей топовых моделей автомобилей и означают то, что такой автомобиль может сорвать ведущие колеса в пробуксовку даже на прямой передаче. Для машин попроще, для определения максимального крутящего момента двигателя, имеющего практический смысл, добавим передаточное число низшей, первой передачи, приняв его за, грубо, 4.

500Н/м : 4=125Н/м

Именно вокруг этого числа и крутятся характеристики большинства бюджетных автомобилей претендующих на какую-то способность ехать быстро, а точнее, полностью выбрать ресурс данный силой трения на, хотя бы первой передаче и при этом не срываться в пробуксовку на половине хода педали газа.

Забыв теперь все эти интересные вычисления, можно сформулировать теоретическое заключение: крутящий момент характеризует способность полностью компенсировать силу трения покрышек о поверхность дороги, и практическое:

чем больше крутящий момент, тем на более высокой передаче можно полностью использовать силу сцепление колес с дорогой.

Что касается мощности, то из ее определения — количество работы, которую можно совершить за одну секунду, прямо следуют именно скоростные характеристики — чем больше мощности, тем больше будет «израсходовано сил» за одно и тоже время, тем автомобиль за тоже время проедет дальше с тем же ускорением или ему понадобиться меньше времени, чтобы пройти тоже самое расстояние.

В школьной физике приводится пример Архимеда, который брался перевернуть землю с помощью длинного рычага, который давал ему сколь угодно большую силу, но которому для этого бы требовалось бесконечное количество времени из-за крайне малой мощностью.

Такая прямая связь между формулой мощности и скоростными характеристиками в течении долгого времени приводила к тому, что моментные характеристики двигателя интересовали только специалистов и определяли передаточные числа, которые могли использовать конструктора. Выносить моменты двигателя на рекламные постеры начали уже относительно недавно, может быть лет 15 назад. И примерно тогда же, по мере заполнения российского рынка праворукими еще малолитражками, начали рождаться гаражные легенды про «мощность для продаж, момент для скорости».

Большой момент двигателя лишь дает свободу в выборе передач, позволяет использовать высшие, там где водителю менее моментного двигателя приходится терять время на переключение вниз, но не более того.

Однако нельзя утверждать и обратное, то что, только мощность имеет значение для скорости, а момент может быть сколько угодно малым. Хотя бы потому, что это для ДВС невозможно в принципе. Обе характеристики прямо связаны: чтобы получить больше мощности, нужно сжечь больше топлива за такт, значит будет сильнее давление на поршень, значит больше будет сила с которой шатун повернет коленвал и больше образуется крутящий момент.

Почти единственная более-менее имеющая значение лазейка, которая позволяет немного варьировать эти две характеристики относительно друг друга, это форма коленвала:

Чем больше расстояние от оси коленвала до вынесенных в сторону осей шатунов, тем большая сила прилагается к коленвалу, тем сильнее будут в конечном счете отталкиваться колеса от поверхности, придавая большее ускорение. Но тем сильнее оказываются поперечные силы, тем больше вибрации, больше разрушающие усилия, больше нагрузка на боковые стенки цилиндров

С другой стороны — двигатели с небольшим выносом шеек коленчатого вала с точки зрения водителя выглядят, как «жужжит и не едет». Очень характерное свойство атмосферных малолитражек, которым, с целью их продаж, почему-то их малый объем и способность с него «снимать мощность» записывается в достоинства. Хотя в реальной жизни, это значит только, то что, для получения той же отдачи, что и от нормального, сбалансированного, двигателя, их приходится сильнее крутить.

Но это уже другая тема.

Сергей
Сергей

Являюсь владельцем УАЗ Патриот с 2012-го года, купил после приезда из США плохо понимая, что именно беру, с мотивацией "хочу русский пикап". Купленный, как фан-мобиль, постепенно превратился в единственную машину на каждый день.

Больше статей
write a comment

9 комментариев

  1. Александр Заблоцкий
    Январь 02, 19:59 #1 Александр Заблоцкий

    Спасибо, прочёл. Нихрена не понял, хотя нет, кое-что понял: всё не так просто.

  2. Юрий Губанов
    Январь 02, 21:42 #2 Юрий Губанов

    В компьютерах тоже самое: тактовая частота и мощность процессора

  3. Юрий Ткаченко
    Январь 02, 22:41 #3 Юрий Ткаченко

    Грамотная статья. Хочется ее продолжить «мощность и крутящий момент VS управляемость» как правило первые две характеристики влияют на управляемость и стремятся ее уничтожить) и тут на помощь приходят электронные системы безопасности и мастерство водителя)))

  4. vaan
    Январь 02, 22:50 #4 vaan

    >тем автомобиль за тоже время проедет дальше с тем же ускорением
    тяжкий слог 🙂 ну вы же понимаете что это невозможно, если ускорение одно и то же, то как он может проехать за одно и то же время разное расстояние?
    Мощность однозначно определяет ускорение, чем быстрее мы хотим разогнаться, тем больше работы нам надо сделать за одну и ту же единицу времени — то ест тем большая мощность нам нужна.

    >Почти единственная более-менее имеющая значение лазейка, которая позволяет немного варьировать эти две характеристики относительно друг друга
    момент жестко связан с мощностью по определение (мощность = момент * угловую скорость) поэтому никакими ухищрениями или лазейками варьировать связь невозможно. Даже ваш график приведённый выше, это не что иное как график момента (его и меряет диностенд), а график мощности всегда расчётный.

    На мой взгляд всё куда проще. Чтобы быстро ехать нужно иметь большую мощность. Получить её можно увеличивая момент, что и делали те же Америкосы без проблем катаясь на 6ти литровых моторах. Но если ресурсы ограничены, например налоги платятся с объема или объём ограничен правилами, то приходится увеличивать угловую скорость или проще говоря максимальные обороты, что мы видим у тех же японцев или в формуле-1 где рабочие обороты доходят до 15000.
    Конечно для гражданской езды первый вариант, с большим моментом удобнее ибо не надо крутить мотор. А обращать на него внимание стали ибо научились сильно его увеличивать турбинами, крутя фазы, меняя длину впуска и впрыском.
    Ну и ещё не надо забывать про рабочий диапазон ибо двигатель с хорошим моментом, но работающий от 2х до 3х тысяч всё равно ужасно неудобен в жизни ибо надо постоянно переключаться.

    • Сергей
      Январь 05, 09:40 Сергей Author

      «яжкий слог … невозможно, если ускорение одно и то же»

      Да, научность пала жертвой доступности 🙂 «Ускорение» — это не лучший способ избежать употребления совсем непонятного слова «импульс».

      Вот поэтому блоггеры лучше журналистов — блоггеров всегда есть кому полечить от приступов звездной болезни.

      «мощность = момент * угловую скорость»

      Но угловая скорость и не остается постоянной и при том же количестве сгоревших грамм топлива прилагается разное усилие к коленвалу.

      • vaan
        Январь 19, 19:36 vaan

        >> Но угловая скорость и не остается постоянной и при том же количестве сгоревших грамм топлива прилагается разное усилие к коленвалу.
        Опять не совсем понятно. Для улучшения ускорения нужно увеличение мощности. Других вариантов нет. Мощность можно увеличить увеличив то самое кол-во сгораемого топлива, например добавить объем или загнать смесь в двигатель турбиной. Тогда при той же угловой скорости будет большая мощность. А можно ничего не увеличивая и не добавляя увеличить макс обороты двигателя и мощность то же возрастёт при том же неизменном моменте.
        ЗЫ при одинаковой нагрузке на мотор — обороты зависят только от кол-ва топлива. В паспорте указывают момент при максимальном наполнении — полностью выжатом «газе».
        ЗЗЫ макс момент двигателя формулы-1 всего около 290нм, как на обычных гражданских авто, но на 20000об/мин, потому имеет мощность порядка 800лс.

        • Сергей
          Январь 22, 02:54 Сергей Author

          Оборты, примем 2000, мощность при этом пусть 100лс. Изменение формы коленвала будет вызывать изменение угловой скорости и крутящего момента. Больше вынос — больше момент, меньше вынос — меньше момент. Мощность не изменяется. Крутящий момент варьируется.

Only registered users can comment.