Как один и тот же двигатель может иметь разную отдачу

Что такое лошадиная сила?

- Сколько у тебя сил? — этот вопрос слышал каждый, кто хоть как-то имел отношение к автомобильному миру. Даже не надо никому объяснять, какие силы на самом деле имеются в виду – лошадиные силы. Именно в них мы привыкли оценивать мощность двигателя – одну из важнейших потребительских характеристик автомобиля.

Конного транспорта практически не осталось даже в деревнях, а эта единица измерения жива и здорова уже более ста лет. Но лошадиные силы — это, по сути, незаконная величина. Она не входит в международную систему единиц (думаю, многие еще со школы помнят, что она называется СИ) и поэтому не имеет официального статуса. Также Международная организация законодательной метрологии требует как можно скорее вывести лошадиные силы из обращения, а Директива ЕС 80/181/EEC от 1 января 2010 года прямо обязывает автопроизводителей использовать традиционную «л.с.» лишь как вспомогательную величину для обозначения власть.

Но не зря считается, что привычка — вторая натура. Ведь в повседневной жизни мы вместо ксерокс говорим «копировальный аппарат» и называем ленту «скотч-лентой». Вот неведомые «л.с.» Сейчас их используют не только простые люди, но и практически все автомобильные компании. Почему их волнуют консультативные директивы? Если покупателю так удобнее, то сделайте это. А что насчет производителей? Даже государство следует примеру. Если кто забыл, в России транспортный налог и тариф ОСАГО рассчитываются в лошадиных силах, аналогично стоимости буксировки незаконно припаркованного автомобиля в Москве.

И никто бы к этому не придирался, если бы не существенное «но». Чтобы облегчить нашу жизнь, лошадиные силы на самом деле создают путаницу. Ведь оно появилось в эпоху промышленной революции как вполне условная ценность, имеющая весьма косвенное отношение не только к двигателю автомобиля, но даже к лошади. Смысл этого устройства в следующем – 1 л.с достаточно, чтобы поднять груз массой 75 кг на высоту 1 метр за 1 секунду. На самом деле это очень средний показатель продуктивности одной кобылы. И больше ничего.

Иными словами, новая единица измерения оказалась очень полезной для промышленников, которые, например, добывают уголь из шахт, и для производителей сопутствующего оборудования. С его помощью можно было легче оценить преимущество механизмов перед силой животных. А поскольку машины уже приводились в движение паровыми, а позже и керосиновыми двигателями, то «л.с.» передавались по наследству ходовым экипажам.

По иронии судьбы, лошадиную силу изобрел человек, в честь которого названа официальная единица мощности, — Джеймс Ватт. А поскольку ватты (вернее, применительно к мощным машинам киловатты – кВт) также активно начали обращаться в начале XIX века, то эти две величины пришлось как-то приводить друг к другу.

Вот здесь и возникли основные разногласия. Например, в России и большинстве других европейских стран принята так называемая метрическая единица мощности, равная 735,49875 Вт или, как мы теперь более знакомы, 1 кВт = 1,36 л.с. Такое «hp» чаще всего обозначается PS (от немецкого Pferdestärke), но есть и другие варианты — cv, hk, pk, ks, ch... В то же время в Великобритании и ряде ее бывших колоний, они решили пойти своим путем, организовав «имперскую» систему измерения с ее фунтами, футами и прочими славами, где механическая (или иначе говоря индикаторная) лошадиная сила составляла уже 745,69987158227022 Вт. И так поехали. Например, в США даже придумали электрические (746 Вт) и котловые (9809,5 Вт) лошадиные силы.

Вот и получается, что один и тот же автомобиль с одним и тем же двигателем в разных странах на бумаге может иметь разную мощность. Для примера возьмем наш популярный кроссовер Kia Sportage – в России или Германии его двухлитровый турбодизель по паспорту в двух вариантах развивает 136 или 184 л.с., а в Англии – 134 и 181 «лошадь». Хотя на самом деле мощность двигателя в международных единицах составляет ровно 100 и 135 кВт – и в любой точке мира. Но, согласитесь, звучит необычно. И цифры уже не такие впечатляющие. Поэтому автопроизводители не спешат переходить на официальную единицу измерения, объясняя это маркетингом и традициями. Как это возможно? У конкурентов должно быть 136 лошадиных сил, а у нас всего каких-то 100 кВт? Нет, так не пойдет...

Как измеряют мощность двигателя?

Однако «силовые» трюки не ограничиваются игрой с единицами измерения. До недавнего времени его не только обозначали, но и измеряли по-разному. Особенно в Америке долгое время (до начала 1970-х годов) автопроизводители практиковали стендовые испытания двигателей в разобранном виде — без таких аксессуаров, как генератор, компрессор кондиционера, насос системы охлаждения и с прямоточной трубой вместо множества глушителей. Разумеется, сбросивший оковы двигатель легко выдавал на 10-20 процентов больше «лошадей», столь необходимых менеджерам по продажам. Ведь мало кто из покупателей вникал в тонкости методики тестирования.

Другая крайность (но гораздо более близкая к реальности) – снимать показатели прямо с колес автомобиля, на работающих барабанах. Этим занимаются гоночные команды, тюнинговые мастерские и другие команды, которым важно знать мощность двигателя с учетом всех возможных потерь, в том числе потерь в трансмиссии.

Но в итоге в качестве модели в различных методах, таких как европейское ECE, DIN или американское SAE, был принят компромиссный вариант. Когда двигатель установлен на стойке, но со всеми необходимыми для бесперебойной работы аксессуарами, включая стандартный выхлопной канал. Снимать можно только оборудование, относящееся к другим системам автомобиля (например, компрессор пневматической подвески или насос гидроусилителя рулевого управления). То есть они тестируют двигатель именно в том виде, в котором он реально стоит под капотом автомобиля.

Обратите внимание: Следующий электрокар BMW сможет проехать 700 км без подзарядки.

Что такое крутящий момент?

Но если сила, как говорят в Америке, помогает продавать автомобили, то крутящий момент движет их вперед. Измеряется он в ньютон-метрах (Н∙м), однако большинство водителей до сих пор не имеют четкого представления об этой характеристике двигателя. В лучшем случае обыватели знают одно – чем выше крутящий момент, тем лучше. Почти как власть, не так ли? Но чем «Н∙м» отличается от «л.с.».?

На самом деле это связанные величины. Кроме того, мощность является производной крутящего момента и частоты вращения двигателя. И оценить их по отдельности просто невозможно. Знайте, что чтобы получить мощность в ваттах, нужно крутящий момент в Ньютон-метрах умножить на текущую частоту вращения коленвала и коэффициент 0,1047. Хотите обычную мощность? Без проблем! Разделите результат на 1000 (это даст вам киловатты) и умножьте на коэффициент 1,36.

С технической точки зрения мощность показывает, какую работу двигатель может выполнить за единицу времени. А ведь крутящий момент характеризует возможности двигателя выполнять именно эту работу. Показывает сопротивление, которое он может преодолеть. Например, если автомобиль упирается колесами в высокий бордюр и не может двигаться, мощность будет равна нулю, так как двигатель не работает – движения нет, но крутящий момент развивается. Ведь в тот момент, пока двигатель не остановится под нагрузкой, в цилиндрах сгорает рабочая смесь, газы давят на поршни, а шатуны пытаются провернуть коленчатый вал. Другими словами, крутящий момент может существовать без силы, но сила без крутящего момента не может. То есть именно «Н∙м» является основным продуктом работы двигателя, который он производит путем преобразования тепловой энергии в механическую.

Если проводить аналогии с человеком, то «Н∙м» отражает его силу, а «хп» — выносливость. Поэтому тихоходные дизели в силу своих конструктивных особенностей обычно являются грузоподъемниками – при прочих равных условиях они могут перевозить все более и более легко преодолеваемое сопротивление на колесах, пусть и не так быстро. А вот высокооборотные бензиновые моторы больше похожи на бегунков – они хуже держат нагрузку, но движутся быстрее. В общем, действует простое правило влияния – выигрываем в силе, проигрываем в расстоянии или скорости. И наоборот.

Как это воплощается в жизнь? Прежде всего, нужно понимать, что именно кривые момента и мощности (вместе, а не по отдельности!) на так называемой внешней скоростной характеристике двигателя раскроют его истинные возможности. Чем раньше достигается пик тяги и чем позже пик мощности, тем лучше двигатель приспособлен к своим задачам. Возьмем простой пример – автомобиль движется по ровной дороге и вдруг начинает подниматься.

Сопротивление на колесах возрастает, так что при постоянной подаче топлива скорость начнет снижаться. А вот если характеристики двигателя правильные, крутящий момент, наоборот, начнет увеличиваться. То есть двигатель сам адаптируется к увеличению нагрузки и не будет требовать от водителя или электроники переключения на пониженную передачу. Перевал пройден и начинается спуск. Автомобиль начал разгоняться – высокая тяга здесь уже не так важна, решающим становится другой фактор – двигатель должен успеть ее выдать. То есть на первый план выходит власть. Регулировать который можно не только за счет передаточного числа в коробке передач, но и за счет увеличения оборотов двигателя.

Здесь уместно вспомнить двигатели гоночных автомобилей или мотоциклов. Из-за сравнительно небольших объемов они не могут развивать рекордный крутящий момент, но способность раскручиваться до 15 тысяч об/мин и выше позволяет им выдавать потрясающую мощность. Например, если обычный двигатель при 4000 об/мин выдает 250 Н∙м и, следовательно, около 143 л.с., то при 18 000 об/мин он уже может выдавать 640,76 л.с. Впечатляет, правда? Другое дело, что «гражданскими» технологиями этого не всегда можно добиться.

И кстати, в этом плане электродвигатели имеют характеристики, близкие к идеальным. Они с самого начала развивают максимальные Ньютон-метры, а затем кривая крутящего момента постепенно падает по мере увеличения скорости. График мощности постепенно увеличивается.

Думаю, вы уже поняли – в характеристиках автомобиля важны не только максимальные значения мощности и крутящего момента, но и их зависимость от оборотов. Именно поэтому журналисты с таким удовольствием повторяют слово «полка» — когда, например, двигатель выдает пиковое давление не в одной точке, а в диапазоне от 1500 до 4500 об/мин. Ведь если есть запас крутящего момента, мощности, скорее всего, хватит.

Но все же лучшим показателем «качества» (назовем это так) работы автомобильного двигателя является его эластичность, то есть способность разгоняться под нагрузкой. Это выражается, например, в разгоне с 60 до 100 км/десять четвертой передачи или с 80 до 120 км/десять пятой – это стандартные тесты в автомобилестроении. И может быть, современный турбомотор с высокой тягой на малых оборотах и ​​широкой полкой крутящего момента дает ощущение отличной динамики в городе, но на трассе при обгоне он окажется хуже древнего атмосферного двигателя с более выгодная характеристика не только крутящего момента, но и мощности...

Так что пусть в последнее время разница между дизельными и бензиновыми агрегатами становится все более размытой, пусть развиваются альтернативные двигатели, но вечный союз мощности, крутящего момента и оборотов двигателя останется актуальным. Всегда.