Что такое мощность двигателя, крутящий момент и удельный расход топлива

Стендап

Первой на барабаны заезжает Лада XRAY Cross с 1,8‑литровым двигателем ВАЗ‑21179. Серия зачетных выбегов дает лучший результат 118 л.с. при заявленных 122 силах. С учетом погрешности измерений можно считать, что вазовский мотор честно выдает заявленную мощность. А вот крутящий момент недотянул до заводских данных, часть ньютон-метров разбежалась в неизвестном направлении: 152 Н·м против 170 Н·м в заводской таблице характеристик.

Лада XRAY. Перед замерами определяем потери в трансмиссии — иначе точных данных не получить. Для этого проводим холостой выкат автомобиля на прямой (или близкой к прямой) передаче.

Лада XRAY. Перед замерами определяем потери в трансмиссии — иначе точных данных не получить. Для этого проводим холостой выкат автомобиля на прямой (или близкой к прямой) передаче.

Результаты замеров на динамометрическом стенде мы решили подкрепить замерами разгонной динамики до 100 км/ч с помощью измерительного комплекса VBOX Racelogic.

Результаты замеров на динамометрическом стенде мы решили подкрепить замерами разгонной динамики до 100 км/ч с помощью измерительного комплекса VBOX Racelogic.

Замеры динамики подтвердили старое правило: машину разгоняет не мощность, а крутящий момент. Те автомобили, что недобрали в моменте на стенде, хуже других выступили и в разгоне до 100 км/ч.

Замеры динамики подтвердили старое правило: машину разгоняет не мощность, а крутящий момент. Те автомобили, что недобрали в моменте на стенде, хуже других выступили и в разгоне до 100 км/ч.

Следом — три иномарки российской сборки: Renault Logan Stepway с 113‑сильным мотором 1.6, за ним хэтчбек Kia Ceed с мотором того же объема, но мощностью 128 л.с. и полноприводный Nissan X‑Trail с 2,5‑литровым двигателем в 171 л.с. Результаты замеров оказались как под копирку — все недобрали по пять-шесть «лошадок». А вот с крутящим моментом ситуация другая: Renault и Kia выдали близкие к официальным данным результаты, тогда как Nissan X‑Trail «ньютонов» недосчитался.

Renault Logan. Как мы ни старались, двигатель Логана так и не выдал 113 л.с. Хотя крутящий момент практически повторил заводские данные. Интересно, что бóльшая его часть доступна уже после 2000 об/мин. Правда, на средних оборотах есть небольшой провал, что ощуща­ется и при разгоне.

Renault Logan. Как мы ни старались, двигатель Логана так и не выдал 113 л.с. Хотя крутящий момент практически повторил заводские данные. Интересно, что бóльшая его часть доступна уже после 2000 об/мин. Правда, на средних оборотах есть небольшой провал, что ощуща­ется и при разгоне.

Kia Ceed. Графики момента и мощности Сида подтверждаются субъективными ощущени­ями — эластичность неплоха, а подхват на высоких оборотах находит отражение во внешней скоростной характеристике. После 5000 об/мин наблюдается всплеск мощности и момента.

Kia Ceed. Графики момента и мощности Сида подтверждаются субъективными ощущени­ями — эластичность неплоха, а подхват на высоких оборотах находит отражение во внешней скоростной характеристике. После 5000 об/мин наблюдается всплеск мощности и момента.

Nissan X‑Trail. Самый мощный в тестовой пятерке, X‑Trail, больше всех недобрал в крутящем моменте. Причем его пик был достигнут на 2500 об/мин, а дальше характеристика пошла вниз, да еще и с периодическими провалами. Это сказалось и на динамике — в спринте до 100 км/ч кроссовер уступил заявленному заводом показателю больше секунды.

Nissan X‑Trail. Самый мощный в тестовой пятерке, X‑Trail, больше всех недобрал в крутящем моменте. Причем его пик был достигнут на 2500 об/мин, а дальше характеристика пошла вниз, да еще и с периодическими провалами. Это сказалось и на динамике — в спринте до 100 км/ч кроссовер уступил заявленному заводом показателю больше секунды.

На десерт — Haval. Под свист китайской турбины раскручивает барабаны и… Скептики посрамлены! Мощность очень близка к заявленной, как и момент: 206 Н∙м против 210 Н∙м в «паспорте». Выходит, честнее всех оказался именно тот, в ком мы больше всего сомневались.

Haval H6. На мощностном стенде удивил китайский Haval H6, в честности которого мы сомневались больше всего. Если верить паспортным данным, «полка» максимального момента тянется от 2500 до 4000 об/мин. На деле это не совсем так: момент не имеет выраженной «полки» и достигает пика на довольно высоких 4000 об/мин.

Haval H6. На мощностном стенде удивил китайский Haval H6, в честности которого мы сомневались больше всего. Если верить паспортным данным, «полка» максимального момента тянется от 2500 до 4000 об/мин. На деле это не совсем так: момент не имеет выраженной «полки» и достигает пика на довольно высоких 4000 об/мин.

Максимальная и номинальная мощность двигателей

В 2010 году европейские и американские производители двигателей прекратили указывать их мощность, ограничившись лишь показателями объема и крутящего момента, выраженного либо в Ньютонах на метр (Н/м) либо в американской системе – футов на фунт (Ft/Lbs). Во втором случае, чтобы получить более привычные для нас единицы, достаточно умножить значение на 1,356. Впрочем, полученные данные все равно не столь очевидны, чтобы сразу сориентироваться в мощности устройства. Мощность измеряется по формуле P (Вт) = Момент (Н·м) *Частоту вращения (Об/мин) / 9.5492.

Нужно иметь в виду, что максимальная мощность и максимальный момент достигаются при разных оборотах двигателя. Так максимальный момент, как видно из графика, будет на оборотах примерно 2400-2600, а максимальная мощность – при 3600 об/мин. Поэтому, для того, чтобы все-таки узнать на какой мощности у вас работает двигатель, нужно знать, на какие рабочие обороты он настроен, что не все производители указывают. Серьезные компании двигателей указывают для этого график, аналогичный представленному внизу, или конкретные значения мощности, зависящие оборотов. Если у вас есть регулятор оборотов двигателя, значит, максимальная мощность будет на максимальных оборотах.

Этим различием и пользовались производители двигателей: указывая мощность, которую можно получить при завышенных оборотах (например, 5.0 л.с., которую можно достичь при 4500 об/мин), при этом сам двигатель при постоянной работе был настроен на обороты 3600, выдавая всего 3.5 л.с. Численно мощность от оборотов зависит гораздо больше, чем от момента. Надо также понимать, что при завышении оборотов мощность растет, а крутящий момент падает.

Практически это означает, что для косилки, чем больше мощность, тем на большие обороты можно раскрутить нож или на те же обороты, но более длинный/тяжелый нож. Но при этом, если задрать обороты и соответственно уменьшить крутящий момент, то нож сможет преодолевать все меньшее сопротивление. То есть наступает ситуация, что при последующем увеличении оборотов, будет уменьшаться крутящий момент, и двигатель будет раньше глохнуть при увеличении сопротивления (нагрузки) и, значит, хуже будет косить густую траву.

Поэтому с 2010 года чаще всего указывается мощность двигателя, работающего в конкретной технике с учетом ее использования и установленным рабочим числом оборотов. На двигателях же указывается только максимальный крутящий момент, на который и стоит ориентироваться, ведь чем он больше, тем лучше устройство будет справляться со своей задачей.

Все это касается нормальных (брендовых) производителей техники. Сейчас все больше и больше появляется двигателей из Китая, как и от европейских производителей (MTD, Emak, Stiga, Al-Ko и т.д.), так и собственно китайских брендов Zongshen, Loncin, Rato, Lifan и других. Также существует большое количество «заказных» марок сделанных на основе аутсорсинга, то есть владелец бренда заказывает двигатели под собственным названием на заводах в Китае. А тут уже все зависит от добросовестности заказчика/поставщика этих агрегатов. По вашей просьбе и за ваши деньги в Китае вам напечатают любой паспорт и наклейки с любыми цифрами. Поэтому, покупая культиватор/косилку с гордой надписью 7-8 л.с. с китайским мотором, вы можете получить двигатель реальной мощности 4-5 л.с. Но так как в России потребитель в первую очередь выбирает технику по мощности, то наша компания, по возможности, указывает для бензиновой техники с четырехтактными двигателями две мощности: максимальную — завышенная мощность, которую указывали до 2010 года и продолжают указывать некоторые производители/продавцы для увеличения привлекательности своего товара, и номинальную (реальную). Но номинальную мощность, к сожалению, указывают не все производители или указывают завышенную, выдавая ее за номинальную. При этом этот параметр можно замерить только в заводских условиях, поэтому не во всех товарах есть возможность указать данную характеристику.

Главные характеристики лодочных моторов

Приведем еще примеры на соотношение мощности мотора и скорости лодки.

Если вы собираетесь отдыхать в одиночку, то вам подойдет мотор на 5 л.с. (груз учитывается). Тогда наибольшая скорость при глиссировании будет около 20 – 25 км/ч. А вот лодочного мотора с мощностью 4 л.с. уже может не хватить для такого способа движения.

Если в лодке 2 человека плюс поклажа, потребуется мотор около 9 – 10 л.с. Максимальная скорость при глиссировании будет 25 – 35 км/ч. Мощный мотор на 15 л.с. брать нецелесообразно: скорость возрастет буквально на 2 км/ч, а вот расход топлива увеличивается сильно.

Совет специалиста. Транец — важнейшая часть надувной лодки, к которой крепится мотор. Обязательно учитывайте его толщину: от нее зависит, мотор какой мощности можно закрепить на лодке. А именно – под двигатель мощностью до 15 л.с. толщина транца должна быть от 25 см, для более мощных двигателей — от 35 см.

Место рыбалки или отдыха также стоит принять во внимание: для диких мест, например, заросших озер или прудов, с трудным доступом к воде рекомендуется компактный и довольно легкий двухтактный двигатель. Если же трудностей с погружением двигателя в воду нет, то подойдет четырехтактный

Передний привод

Лично по моему скромному мнению, на переднем приводе максимум что нужно, это 250 л.с. Даже с такой мощностью машина уже еле-еле может её реализовать, до 60-70 км/ч ей просто не зацепиться за асфальт, постоянные пробуксовки. При постоянным пробуксовках со старта езда становится уже далеко не такой комфортной, приходится постоянно «прислушиваться» к машине и ловить ту самую грань начала пробуксовки. Ну а с установкой зимней резины ситуация только ухудшается, даже лично я сталкивался с пробуксовками при резком ускорении и на 70-80 км/ч. Приятного в этом мало.

Понятно что есть довольно большой выбор машин на переднем приводе и за 250 л.с. — это например всеми любимая камри 3.5, заряженные хот хетчи. Но как по мне — выше 250 л.с. уже смысла нет — машина становится просто уничтожителем резины.

Таблица для перевода л. с. в кВт

Чтобы вычислить мощность мотора в кВт, нужно воспользоваться пропорцией 1 кВт = 1,3596 л. с. Обратный её вид: 1 л. с. = 0,73549875 кВт. Именно так взаимно переводятся друг в друга 2 эти единицы.

История появления лошадиной силы

Английские шахтёры в конце 18 века для выкачивания из шахт воды применяли паровую установку Ньюкомена. Эту машину решил улучшить и поднять её производительность физик Уатт. Работая над ней, он сделал её в 4 раза эффективнее. Кроме того, что он сделал рабочим ход поршня в обе стороны, был разработан механизм передачи движения от поршня к коромыслу.

Так был создан паровой двигатель, преобразующий движение поршня поступательного действия во вращение. Это произвело целую революцию и открывало возможности применять его в различных сферах. Компания Уатта и его партнёра Болтона выпустила 496 устройств к 1800 году. Только меньше четверти из них применялись в качестве насосов. Потребность продавать свою продукцию вызвала необходимость определения её технических характеристик

Главный показатель, на который пришлось обращать внимание покупателей, – мощность теплового двигателя

Когда Джеймс Уатт захотел показать, скольких лошадей в работе может подменить паровой двигатель, он придумал термин «лошадиная сила» – л. с. Шотландский изобретатель решил придумать этот эталон после одного случая. Говорили, что в 1789 году один пивовар, купив двигатель, сравнил продуктивность его работы по вращению водяного насоса с аналогичной работой сильной лошади. Стараясь уличить Джеймса в несостоятельности его изобретения, пивовар заставил работать на износ одну из сильных и выносливых лошадей. Инженер принял вызов и немного превысил названную пивоваром «техническую характеристику» одной лошади.

Крутящий момент, его соотношение с мощностью

Обе упомянутых выше единицы измерения мощности (лошадиные силы и ватты, а для укрупнения показателей последней единицы принято использовать понятие киловатт) придумал Дж. Уатт, однако движет авто крутящий момент, измеряемый в ньютон-метрах. Почему не от мощности двигателя машины зависит ее способность к движению?

Мощность и крутящий момент – тесно связанные между собой характеристики: мощность, измеряемая в ваттах, представляет собой пример умножения крутящего момента на 0,1047 и на число об./мин.

Говоря иными словами, мощность показывает объем работы, выполняемой за указанный промежуток времени. Крутящий момент демонстрирует саму способность двигателя выполнять эту работу. 

На практике от мощности напрямую зависят скоростные показатели транспортного средства: чем она выше, тем быстрее может двигаться автомобиль. Крутящий момент (его еще называют «момент силы») — показатель силы вращения коленвала и его способность оказывать сопротивление вращению. Высокий крутящий момент двигателя нагляднее всего в процессе разгона или при езде в тяжелых условиях, когда мотор выдерживает критические нагрузки. 

Еще одним важнейшим показателем, отображающим возможности двигателя, по праву считается диапазон оборотов, когда достигается наибольшая тяга

Также немаловажное значение имеет эластичность мотора, то есть его возможность развивать высокие обороты под большой нагрузкой. Имеется в виду соотношение между числом оборотов для наивысшей мощности и для достижения максимально возможного крутящего момента. 

Это влияет на регулировку скорости движения посредством педалей акселератора и тормоза без использования КПП, а также возможность движения с маленькой скоростью на высших передачах.

Так, например, благодаря хорошей эластичности двигателя машина на 5-й передаче ускорится с 75-80-ти км/час до 120-ти, и чем быстрее это произойдет, тем эластичнее силовая установка. Если будет стоять выбор между двумя моторами с аналогичным объемом и мощностью, то лучше тот, который эластичнее, ведь он экономичнее, тише в работе, отличается большей износостойкостью. 

Как рассчитывается мощность двигателя?

Расчет мощности мотора проводится несколькими способами. Самый доступный способ – через крутящий момент. Умножаем крутящий момент на угловую скорость – получаем мощность двигателя.

N_дв=M∙ω=2∙π∙M∙n_дв

где:

N_дв – мощность двигателя, кВт;

M – крутящий момент, Нм;

ω – угловая скорость вращения коленчатого вала, рад/сек;

π – математическая постоянная, равная 3,14;

n_дв – частота вращения двигателя, мин-1.

Мощность рассчитывается и через среднее эффективное давление. Камера сгорания имеет определенный объем. Разогретые газы воздействуют на поршень в цилиндре с определенным давлением. Двигатель вращается с некоторой частотой. Произведение объема двигателя, среднего эффективного давления и частоты вращения, поделенное на 120, и даст теоретическую мощность двигателя в кВт.

N_дв=(V_дв∙P_эфф∙n_дв)/120

где:

V_дв – объем двигателя, см3;

P_эфф – эффективное давление в цилиндрах, МПа;

120 – коэффициент, применяемый для расчета мощности четырехтактного двигателя (у двухтактных ДВС этот коэффициент равен 60).

Для расчета лошадиных сил киловатты умножаем на 0,74.

N_(дв л.с.)=N_дв∙0,74

где:

N_дв л.с. – мощность двигателя в лошадиных силах, л. с.

Другие формулы мощности двигателя используются в реальных расчетах реже. Эти формулы включают в себя специфичные переменные. И чтобы измерить мощность двигателя по другим методикам, нужно знать производительность форсунок или массу потребленного двигателем воздуха.

На практике расчет мощности автопроизводители выполняют эмпирическим способом, то есть замеряют на стенде и строят график зависимости по факту, на основании полученных во время испытаний показателей.

Мощность двигателя – величина непостоянная. Для каждого мотора есть кривая, которая отображает на графике зависимость мощности от частоты вращения коленчатого вала. До определенного пика, примерно до 4-5 тысяч оборотов, мощность растет пропорционально оборотам. Далее идет плавное отставание роста мощности, кривая наклоняется. Примерно к 7-8 тысячам оборотов мощность идет на спад. Сказывается перекрытие клапанов на большой частоте вращения коленвала и падение КПД мотора из-за недостаточно интенсивного газообмена.

Чтобы узнать мощность двигателя, обратитесь к инструкции по эксплуатации авто. В разделе с техническими характеристиками мотора будет указана мощность и обороты, при которых она достигает пикового значения. Если мощность указана киловаттах, чтобы рассчитать лошадиные силы двигателя, воспользуйтесь приведенной выше формулой. В некоторых случаях автопроизводитель предоставляет график, на котором есть зависимость мощности двигателя и крутящего момента от частоты оборотов.

Основные формулы расчета мощности двигателей

Для вычисления реальных характеристик механизмов всегда нужно учитывать много параметров. в первую очередь нужно знать, какой ток подается на обмотки электродвигателя: постоянный или переменный. Принцип их работы отличается, следовательно, отличаются метод вычислений. Если упрощенный вид расчета мощности привода выглядит как:

Pэл = U × I, где

I — сила тока, А;

U — напряжение, В;

Pэл — подведенная электрическая мощность. Вт.

В формуле мощности электродвигателя переменного тока необходимо также учитывать сдвиг фаз (alpha). Соответственно, расчеты для асинхронного привода выглядят как:

Pэл = U × I × cos(alpha).

Кроме активной (подведенной) мощности существует также:

• S — реактивная, ВА. S = P ÷ cos(alpha).
• Q — полная, ВА. Q = I × U × sin(alpha).

В расчетах также необходимо учитывать тепловые и индукционные потери, а также трение. Поэтому упрощенная модель формулы для электродвигателя постоянного тока выглядит как:

Pэл = Pмех + Ртеп +Ринд + Ртр, где

Рмех — полезная вырабатываемая мощность, Вт;

Ртеп — потери на образование тепла, ВТ;

Ринд — затраты на заряд в индукционной катушке, Вт;

Рт — потери в результате трения, Вт.

Что означает понятие крутящий момент детально

Многие ли из нас понимают в мощности автомобилей и что означают лошадиные силы? Никогда не приходила мысль сравнить автомобиль мощностью 100 л.с. с повозкой со ста скакунами, и что как-то странно сравнивать движок в 1,6 литра с сотней лошадей, которые и танк с места сдвинут а не только малолитражную машину?

Это ошибочное сравнение и вот почему.

Итак, давайте разберемся что есть мощность двигателя. В научном определении под мощностью понимается скорость преобразования и передачи энергии. Для двигателя это работа, которую он проделывает за единицу времени. Мощность двигателя измеряется в Ваттах, хотя нам более привычно измерять в лошадиных силах.

Единицу измерения в одну лошадиную силу получили опытным путем и определяется она как способность лошади поднять 75 кг на один метр в секунду, т.е. лошадиная сила равняется 735 Ваттам. Вместо переносимого веса используют крутящий момент, который равен силе, возникающей на определенном радиусе.

Крутящий момент — это механическая энергия от воспламеняющейся смеси в цилиндре, которая передается на коленчатый вал, трансмиссию, раздаточную передачу, колеса, и толкает, заставляя автомобиль двигаться. Обороты двигателя оказывают самое прямое влияние на крутящий момент.

Для примера возьмем мотор от Форд Фокуса объемом 1,6 л., который развивает мощность 100 л.с. и обладает крутящим моментом 150 Н*м.

Если учесть, что в килограмме десять ньютон, и если приделать к валу двигателя прут длиной 1 метр, то для того, чтобы не дать двигателю вращаться, достаточно повесить на этот прут всего 15 кг. 150 Н*м — это максимальный крутящий момент который развивается при оборотах двигателя близким к 4000 оборотам в минуту.

Так почему же двигатель, который можно удержать одной рукой, имеет характеристики 100 л.с.? Все это потому, что мощность зависит не только от силы, развиваемой на валу двигателя, но и от скорости вращения этого вала. Чем больше оборотов способен развивать двигатель, тем он мощнее.

С увеличением рабочего объема возрастает сила, которая действует на поршень и на крутящий момент. Также, чем сильнее давление в камере сгорания цилиндра, тем сила, давящая на поршень, больше. Чем больше площадь поршня тем меньше сила и удельное давление.

К примеру, 2-х литровых двигатель СкайЭктив от Мазды, развивающий 150 л.с., будет существенно шустрее разгонять автомобиль, чем 2-х литровый бензиновый двигатель Киа или Хёндэ и не только потому, что первый развивает больше крутящий момент, а потому, что он развивается раньше и полка крутящего момента у него шире за счёт большей компрессии в цилиндрах.

Высокий крутящий момент помогает автомобилю быстрее ускориться на разгоне при небольших оборотах коленвала, улучшаются тяговые свойства силового механизма, например, грузоподъемность машины и ее проходимость.

Максимальный показатель крутящего момента достигается мотором при конкретных оборотах. Бензиновые моторы имеют более высокое значение, нежели дизельные двигатели.

Наибольший крутящий момент у четырех цилиндрованного бензинового мотора достигается при 4000 оборотах (примерно 192 н*м), у турбированного 4х цилиндрового при 4500 оборотах (265 н*м), а у дизельного 4-х цилиндрового движка — при 2750 оборотах (400 н*м).

Какой двигатель лучше исходя из крутящего момента? Это спорный вопрос — все зависит от назначения. Если вы ездите на микроавтобусе либо занимаетесь грузоперевозками, то для вас важна тяга с нижних оборотов — тогда подойдет дизель с его низко оборотистым двигателем и высоким крутящим моментом (т.е. он тянуть будет просто бешено). Когда необходима высокая скорость — вы любите раскручивать двигатель до 6000-6500 оборотов в минуту, то здесь необходим бензин.

Автоконцерны придумывают разные способы чтобы увеличить крутящий момент, используя турбонаддув, управляемых фаз газораспределения, увеличения степени сжатия, благодаря конструктивных инновациям ДВС и т.д.