Кто сильнейший?
Большим крутящим моментом обладают многоцилиндровые двигатели, моторы с турбо- и механическим наддувом. А чемпионами по величине крутящего момента являются «дизели». Многие из них обеспечивают автомобилю высокую динамику уже при 800-1000 об/мин. Если же стать обладателем «дизеля», нет возможности, то подбирать машину лучше с двигателем, у которого максимальный крутящий момент развивается при более низких оборотах. Такой автомобиль легче разгонять. В противном случае двигатель придется «насиловать» высокими оборотами, при которых и расход топлива выше и детали изнашиваются более интенсивно.
Те, кто следит за тенденциями развития автомобилестроения, могли заметить, что создатели двигателей стремятся «выровнять» кривую крутящего момента, т.е. сделать его практически одинаковым во всем диапазоне оборотов. Делается это для того, чтобы исключить провалы на режимах, когда величина крутящего момента еще или уже не позволяет передать на колеса большую силу тяги.
Один из таких моторов – 2,7-литровый V-образный шестицилиндровый турбированный двигатель Audi. Этот 250-сильный двигатель развивает огромный крутящий момент 350 Н•м в широком диапазоне оборотов – от 1800 до 4500. Другой подобный, хотя и менее мощный двигатель предлагает концерн Volkswagen. Его 1,8-литровый 180-сильный турбированный мотор развивает крутящий момент 228 Н•м в диапазоне оборотов от 2000 до 5000. Ездить на машинах с такими двигателями сплошное удовольствие – независимо от оборотов при нажатии на педаль «газа» автомобиль одинаково динамичен (приемист) и не только позволяет любителям спортивной езды полностью реализовать свои желания, но и при спокойной езде способствует уверенным обгонам, перестроениям и движению при полной загрузке.
Повышение и «выравнивание» крутящего момента в современных двигателях обеспечивают различными путями: устанавливают по три, четыре и даже пять клапанов на цилиндр, механизмы изменений фаз газораспределения, впускные тракты делают с изменяемой длиной, крыльчатки турбин делают керамическими и регулируемыми с изменяемым углом наклона лопаток и т.д. Вся эта модернизация направлена на совершенствование процессов наполнения цилиндров свежим зарядом. Наибольшего результата в этом деле добились инженеры SAAB. В свой пока еще экспериментальный двигатель SAAB Variable Compression объемом всего 1,6 л они умудрились заложить мощность, равную 225 л.с. и крутящий момент 305 Н•м. Добиться столь высоких показателей шведским моторостроителям удалось благодаря возможности изменения объема камеры сгорания и соответственно степени сжатия (от 14:1 до 8:1) в зависимости от режимов работы двигателя. Получению этих характеристик способствует и система наддува воздуха под высоким давлением – 2,8 атм., четыре клапана на цилиндр и система промежуточного охлаждения воздуха (Intercooler) (см. «Автоцентр» №14 ‘2000).
Мощность
А как же обстоит дело с таким популярным показателем как мощность? Здесь ситуация складывается следующим образом. Наверное, многие замечали, что рядом с указываемой в характеристике мощностью всегда стоит значение оборотов коленчатого вала, при которых двигатель развивает эту мощность. Как правило, эти обороты приближены к максимальным. Во всех других режимах двигатель выдает только некоторую часть указанной мощности.
Почему так происходит, хорошо видно из формулы для вычисления мощности двигателя (кВт) – N=Mкрn/9549, где Mкр – средний крутящий момент двигателя (Н.м), n – обороты коленчатого вала двигателя (об/мин). Из формулы следует, что на значение мощности влияют величины крутящего момента и обороты двигателя. Но так как численные значения оборотов двигателя в десятки раз превышают величину крутящего момента (например, 3000 об/мин и 120 Н.м), то и на изменение мощности они будут влиять в большей степени. Это еще одно доказательство того, что силу мотора мощность отражает косвенно.
Вышесказанное подтверждается следующим примером. Когда мы едем по трассе с постоянной скоростью, приложенная к ведущим колесам автомобиля сила тяги расходуется на преодоление всевозможных сил сопротивления движению (аэродинамическую, качению колес и т.д.) и трение в различных механизмах. Но когда возникает потребность резко ускориться для обгона, сделать это удается не всегда, так как появляется необходимость преодолевать появившиеся силы инерции. В этом случае говорят, что у двигателя не хватает мощности. Но мощность здесь ни при чем, так как со всеми силами сопротивления движению борется сила тяги, зависящая от величины крутящего момента двигателя. Чтобы увеличить силу тяги, необходим запас крутящего момента. Величина этого запаса и влияет на то, как быстро сможет ускориться автомобиль.
Для получения более резкого ускорения можно, конечно, и переключиться на пониженную передачу, когда передаточное число трансмиссии станет большим и сила тяги на колесах увеличится. Однако при этом есть опасность «перекрутить» двигатель, да и дальнейшего ускорения мы можем не получить, так как режим работы двигателя может быть приближен к экстремальному. Аналогичная ситуация складывается и на подъемах, когда запас крутящего момента одних двигателей позволяет продолжить движение, а у других его отсутствие требует перехода на пониженную передачу.
Вывод отсюда напрашивается следующий: какой бы мощностью ни обладал двигатель, а способность разгонять автомобиль и «вытаскивать» его на подъем полностью возложена на крутящий момент. Возникает вполне справедливый вопрос: что же означает мощность? Это универсальный показатель, в который заложили целый ряд характеристик автомобильного двигателя – энергоемкость, потребление топлива, тяговая способность и т.д.
|
Для нас уже привычными стали такие термины, как МОЩНОСТЬ и КРУТЯЩИЙ МОМЕНТ и являются необходимым критерием оценки силовых возможностей двигателя. Но на сколько правильно Вы можете оценить потенциал двигателя, имея перед глазами лишь скупые цифры с техническими данными автомобиля? Наша задача ― понять, что такое крутящий момент и мощность двигателя, и она значительно упростится, если вспомнить устройство паровоза. Кроме пассивного преобразователя трения из одного вида в другой, колесо стало выполнять еще одну задачу - создавать движущую (тяговую) силу, то есть, отталкиваясь от дороги, приводить в движение экипаж. Давление пара действует на поршень, тот, в свою очередь, давит на шатун, последний проворачивает колесо, создавая КРУТЯЩИЙ МОМЕНТ. Вращение колеса под действием крутящего момента вызывает появление пары сил. Одна из них - сила трения между рельсом и колесом - как бы отталкивается от рельса назад, а вторая - та самая искомая нами СИЛА ТЯГИ через ось колеса передается на детали рамы паровоза. На примере паровоза заметно, что чем больше давление пара, действующее на поршень, а через него - на шатун, тем большая сила тяги будет толкать его вперед. Очевидно, изменяя давление пара, диаметр колеса и положение точки крепления шатуна относительно центра колеса, можно менять силу и скорость паровоза. То же самое происходит в автомобиле.
Разница в том, что все преобразования сил осуществляются непосредственно в самом двигателе. На выходе из него мы имеем просто вращающийся вал, то есть, вместо силы, толкающей паровоз вперёд, здесь мы получаем круговое движение вала с определенным усилием ― КРУТЯЩИМ МОМЕНТОМ. А МОЩНОСТЬ, развиваемая двигателем, ― это его способность вращаться как можно быстрее, одновременно создавая при этом на валу крутящий момент. Затем вступает в действие силовая передача автомобиля (трансмиссия), которая этот крутящий момент изменяет так, как нам нужно, и подводит к ведущим колесам. И только в контакте между колесом и дорожным покрытием крутящий момент снова "выпрямляется" и становится тяговой силой. Очевидно, что тяговую силу предпочтительно иметь наибольшую. Это обеспечит нужную интенсивность разгона, способность преодолевать подъемы и перевозить больше людей и груза.
В технической характеристике автомобиля есть такие параметры, как число оборотов двигателя при максимальной мощности и максимальном крутящем моменте и величина этой мощности и момента. Как правило, они измеряются соответственно в оборотах в минуту (мин־¹), киловаттах (кВт) и ньютонометрах (Нм). Необходимо уметь правильно понимать внешнюю скоростную характеристику двигателя.
Э
то
графическое изображение зависимости
мощности и крутящего момента от оборотов
коленчатого вала. Наиболее показательной
является форма кривой крутящего момента,
а не его величина. Чем раньше достигается
максимум и чем более полого кривая
падает по мере увеличения оборотов (то
есть мотор имеет неизменную тягу), тем
правильнее спроектирован и работает
двигатель. Однако получить двигатель,
обладающий достаточным запасом мощности,
высокими оборотами да еще и стабильным
КРУТЯЩИМ МОМЕНТОМ
в широком диапазоне оборотов, непросто.
Именно на это направлены применение
наддува различных систем, электронного
регулирования впрыска топлива, переменные
фазы газораспределения, настройка
выпускной системы и ряд других
мероприятий.
Давайте рассмотрим
пример. Вам предстоит преодолеть подъем,
а увеличить скорость движения (разогнать
автомобиль перед подъемом) нельзя из-за
дорожной обстановки. Для сохранения
темпа движения потребуется увеличить
силу тяги. Тут часто возникает ситуация,
которая выглядит так, добавление газа
не даёт прироста силы тяги. Это вызывает
снижение скорости, а значит, и оборотов
двигателя, сопровождающееся дальнейшим
уменьшением силы тяги на ведущих колесах.
Так что же делать? Как поддержать
большую тяговую силу при малой скорости
движения, если двигатель "не тянет",
то есть, не обеспечивает достаточный
КРУТЯЩИЙ МОМЕНТ?
Вступает в действие трансмиссия. Вы
вручную, или автоматическая коробка
передач самостоятельно, измените
передаточное число так, чтобы сила тяги
и скорость движения находились в
оптимальном соотношении. Но это
дополнительные неудобства в управлении
автомобилем. Напрашивается вывод: было
бы лучше, если бы двигатель сам
приспосабливался к работе в таких
ситуациях. Например, вы въезжаете на
подъем. Сила сопротивления движению
автомобиля возрастает, скорость падает,
но силу тяги можно добавить, просто
сильнее нажав на педаль газа. Автомобильные
конструктора для оценки этого параметра
используют термин "ЭЛАСТИЧНОСТЬ
ДВИГАТЕЛЯ".
ТЕХ. ДАННЫЕ |
АВТОМОБИЛИ |
||
Характеристика |
Audi A6 2.0T |
BMW 523i |
Mercedes E200 Kompressor Classic |
Тип двигателя/число цилиндров |
Рядный/4 |
Рядный/6 |
Рядный/4 |
Рабочий объём, см³ |
1984 |
2497 |
1796 |
Мощность, кВт(л.с) при об/мин |
125 (170)4300 |
130 (177)5800 |
120 (163)5500 |
Максимальный Нм крутящий момент, при об/мин |
280/1800 |
230/3500 |
240/3000 |
Снаряжённая масса/кг грузоподъёмность, |
1661/439 |
1583/427 |
1625/480 |
Шины тестируемых автомобилей |
205/60 R16 W Michelin Pilot Primacy |
225/55 R16 V Dunlop SP Sport 07 |
205/60 R16 Y Pirelli P7 |
Трансмиссия |
Передний привод 6-ступ. МКПП |
Задний привод 6-ступ. МКПП |
Задний привод 6-ступ. МКПП |
Разгон, сек. 0-80 км/ч 0-100 км/ч 0-120 км/ч 0-130 км/ч 0-140 км/ч 0-160 км/ч |
6,2 8,9 12,6 14,7 17,1 23,7 |
6,1 8,9 12,5 14,5 16,6 22,9 |
6,9 10,0 13,7 15,8 18,1 24,9 |
Эластичность, сек. 0-100 км/ч. (IV./V. передачи) 80-120 км/ч. (V./VI. передачи) |
7,8/10,4 10,4/13,0 |
10,2/13,0 13,8/18,4 |
10,8/14,8 14,6/20,6 |
Расход топлива, л/100км В городе На трассе Смешанный цикл |
АИ-95 10,8 6,2 7,9 |
АИ-98 12,1 6,4 8,5 |
АИ-95 11,6 6,1 8,4 |
Максимальная скорость,км/ч |
227 |
235 |
230 |
Эластичность двигателя -это соотношение между числами оборотов максимальной мощности и оборотов максимального крутящего момента:
(об/мин Pmax/об/мин Mmax).
Чем больше эластичность, тем лучше двигатель. Двигатель с большей эластичностью позволит снижать и увеличивать скорость только за счет работы педалью газа, не прибегая к переключению передач, а также ехать на повышенных передачах с малой скоростью.
Практически оценить эластичность мотора можно путем проверки способности автомобиля разгоняться от 60 до 100 км/ч на четвёртой передаче.
Чем меньше времени займет этот разгон, тем эластичнее двигатель.
В подтверждение вышеизложенного, обратимся к результатам тестов автомобилей Audi, BMW и Mercedes, проведенных в Европе и опубликованных российским издательством немецкого журнала Auto Motor und Sport в ноябрьском номере за 2005 год. Главным образом, рассмотрим характеристики Audi и BMW. Из приведённой таблицы видно, что двигатель Audi, гораздо меньшего объёма и почти такой же мощности, практически не уступает баварцу в разгоне с места, но зато в замерах на эластичность и экономичность кладёт конкурента на обе лопатки. Почему это происходит? Потому что коэффициент эластичности мотора Audi 2,39 (4300/1800) против 1,66 (5800/3500) у BMW, а поскольку вес автомобилей приблизительно равный, жеребец из Мюнхена позволяет дать завидную фору своему соотечественнику. Причём эти впечатляющие результаты достигаются на топливе АИ-95. Итак, подведём итог! 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 упростит манипуляции рычагом коробки передач. Под все эти условия попадают современные бензиновые и дизельные двигатели с наддувом. Эксплуатируя автомобиль с таким мотором, Вы получите массу приятных впечатлений! Удачи на дорогах! WKR Russland, Технический отдел.