В данной статье осветим тему механических и электрических характеристик электродвигателей. На примере асинхронного двигателя рассмотрим такие параметры как мощность, работа, КПД, косинус фи, вращающий момент, угловая скорость, линейная скорость и частота. Все эти характеристики оказываются важными при проектировании оборудования, в котором электродвигатели служат в качестве приводных.
Механические характеристики электродвигателя представляют собой зависимость угловой скорости ω от развиваемого им момента на валу, т.е. ω = f (M). Различают естественные и искусственные механические характеристики электродвигателя.
Естественная механическая характеристика соответствует работе электродвигателя с номинальными параметрами при нормальной схеме включения. Искусственная механическая характеристика соответствует работе электродвигателя с параметрами, отличающимися от номинальных, например, при введении сопротивления, изменении питающего напряжения, частоты и др.
Механические характеристики электродвигателей: 1 — абсолютно жесткая характеристика, 2 — жесткая характеристика, 3 — мягкая механическая характеристика
Сегодня особенно широко распространены в промышленности именно асинхронные электродвигатели, поэтому на их характеристиках и остановимся.
Естественная механическая характеристика асинхронного двигателя
Для примера рассмотрим АИР80В2У3.
Номинальная механическая мощность асинхронного электродвигателя
На шильдике (на паспортной табличке) электродвигателя указывается всегда номинальная механическая мощность на валу данного двигателя. Это не та электрическая мощность, которую данный электродвигатель потребляет из сети.
Так, например, для двигателя АИР80В2У3, номинал в 2200 ватт соответствует именно механической мощности на валу. То есть в оптимальном рабочем режиме данный двигатель способен выполнять механическую работу 2200 джоулей каждую секунду. Обозначим эту мощность как P1 = 2200 Вт.
Номинальная активная электрическая мощность асинхронного электродвигателя
Чтобы определить номинальную активную электрическую мощность асинхронного электродвигателя, опираясь на данные с шильдика, необходимо принять в расчет КПД. Так, для данного электродвигателя КПД составляет 83%.
Что это значит? Это значит, что только часть активной мощности, подаваемой из сети на обмотки статора двигателя, и безвозвратно потребляемой двигателем, преобразуется в механическую мощность на валу. Активная мощность равна P = P1/КПД. Для нашего примера, по представленному шильдику видим, что P1 = 2200, КПД = 83%. Значит P = 2200/0,83 = 2650 Вт.
Номинальная полная электрическая мощность асинхронного электродвигателя
Полная электрическая мощность, подаваемая на статор электродвигателя от сети всегда больше механической мощности на валу и больше активной мощности, безвозвратно потребляемой электродвигателем.
Для нахождения полной мощности достаточно активную мощность разделить на косинус фи. Таким образом, полная мощность S = P/Cosφ. Для нашего примера P = 2650 Вт, Cosφ = 0,87. Следовательно полная мощность S = 2650/0,87 = 3046 ВА.
Номинальная реактивная электрическая мощность асинхронного электродвигателя
Часть полной мощности, подаваемой на обмотки статора асинхронного электродвигателя, возвращается в сеть. Это реактивная мощность Q.
- Q = √(S2 — P2)
- Реактивная мощность связана с полной мощностью через sinφ, и связана с активной и с полной мощностью через квадратный корень. Для нашего примера:
- Q = √(30462 — 26502) = 1502 ВАР
- Реактивная мощность Q измеряется в ВАР — в вольт-амперах реактивных.
- Теперь давайте рассмотрим механические характеристики нашего асинхронного двигателя: номинальный рабочий момент на валу, угловую скорость, линейную скорость, частоту вращения ротора и ее связь с частотой питания электродвигателя.
- Частота вращения ротора асинхронного электродвигателя
Скорость вращательного движения на практике часто оценивается частотой вращения, то есть числом оборотов вала двигателя в минуту. Угловая скорость выражается в радианах в секунду (рад/с). Угловой скоростью удобнее пользоваться при выводе формул и проведении расчетов, частотой вращения — при практической оценке скоростных свойств двигателей.
На шильдике мы видим, что при питании переменным током частотой в 50 Гц, ротор двигателя совершает при номинальной нагрузке 2870 оборотов в минуту, обозначим эту частоту как n1.
Что это значит? Поскольку магнитное поле в обмотках статора создается переменным током частотой 50 Гц, то для двигателя с одной парой полюсов (коим является АИР80В2У3) частота «вращения» магнитного поля, синхронная частота n, оказывается равной 3000 оборотов в минуту, что тождественно 50 оборотам в секунду.
Но поскольку двигатель асинхронный, то появление в обмотке ротора ЭДС и вращающего момента возможно только при наличии разности между скоростями магнитного поля и ротора. Это различие называют скольжением (s). Ротор вращается с отставанием на величину скольжения.
- Значение s можно определить, разделив разность синхронной и асинхронной частот на синхронную частоту, и выразив это значение в процентах:
- s = ((n – n1)/n)*100%
- Для нашего примера s = ((3000 – 2870)/3000)*100% = 4,3%.
- Угловая скорость асинхронного двигателя
Угловая скорость ω выражается в радианах в секунду. Для определения угловой скорости достаточно частоту вращения ротора n1 перевести в обороты в секунду (f), и умножить на 2 Пи, поскольку один полный оборот составляет 2 Пи или 2*3,14159 радиан. Для двигателя АИР80В2У3 асинхронная частота n1 составляет 2870 оборотов в минуту, что соответствует 2870/60 = 47,833 оборотам в секунду.
Умножая на 2 Пи, имеем: 47,833*2*3,14159 = 300,543 рад/с. Можно перевести в градусы, для этого вместо 2 Пи подставить 360 градусов, тогда для нашего примера получится 360*47,833 = 17220 градусов в секунду. Однако подобные расчеты обычно ведут именно в радианах в секунду. Поэтому угловая скорость ω = 2*Пи*f, где f = n1/60.
- Линейная скорость асинхронного электродвигателя
- Линейная скорость v относится к оборудованию, на котором асинхронный двигатель установлен в качестве привода. Так, если на вал двигателя установлен шкив или, скажем, наждачный диск, известного радиуса R, то линейная скорость точки на краю шкива или диска может быть найдена по формуле:
- v = ωR
- Номинальный вращающий момент асинхронного двигателя
- Каждый асинхронный электродвигатель характеризуется номинальным вращающим моментом Мн. Вращающий момент М связан с механической мощностью P1 через угловую скорость следующим образом:
- P = ωМ
- Вращающий момент или момент силы, действующей на определенном расстоянии от центра вращения, для двигателя сохраняется, причем с ростом радиуса уменьшается сила, а чем радиус меньше, тем больше сила, поскольку:
- М = FR
- Так, чем больше радиус шкива, тем меньшая сила действует на его краю, а наибольшая сила действует непосредственно на валу электродвигателя.
Для приведенного в качестве примера двигателя АИР80В2У3 мощность P1 равна 2200 Вт, а частота n1 равна 2870 оборотов в минуту или f = 47,833 оборота в секунду. Следовательно угловая скорость составляет 2*Пи*f, то есть 300,543 рад/с, и номинальный вращающий момент Мн равен P1/(2*Пи*f). Мн = 2200/(2*3,14159*47,833) = 7,32 Н*м.
- Таким образом, исходя из данных, указанных на шильдике асинхронного электродвигателя, можно найти все основные электрические и механические его параметры.
- Надеемся, что данная статья помогла вам разобраться в том, как связаны между собой угловая скорость, частота, вращающий момент, активная, полезная и полная мощность, а также КПД электродвигателя.
- Андрей Повный
Крутящий момент двигателя — все что вы хотели знать но боялись спросить
Почти в каждой статье на CARakoom пишут про крутящий момент такого или иного двигателя. Но что значит этот крутящий момент? Зачем он вообще нужен? Разве лошадиные силы – не главный показатель? Давайте разберемся вместе! Благодаря этому полезному пособию вы сможете блеснуть умом в компании друзей.
Крутящий момент не так уж и важен. Хотя, погодите-ка, крутящий момент очень важен! Так что же это вообще такое? Признаюсь честно, несмотря на то, что я обожаю автомобили и всё, что с ними связано, я и сам-то не особо понимаю, что такое крутящий момент.
Да, в интернете есть куча умных определений, и я прекрасно знаю, каким образом он ощущается при езде. Но что же он на самом деле из себя представляет? Разве количество Л.С.
– не единственный важный показатель? Я долго разбирался с определением крутящего момента, подготовил несколько доступных графиков и, наконец, счёл возможным поделиться своими наработками с вами.
Первое, к чему я пришел – лошадиные силы являются единственным важным показателем. Не спешите писать гневные комментарии, позвольте мне объяснить. Крутящий момент очень важен, но не сам по себе.
Чтобы машина разгонялась, нужно приложить определенную силу: F=Ma (Сила = Масса х Ускорение). Крутящий момент – это сила, но у него отсутствует временной показатель. Для наглядности приведу пример. Представьте, что вы приложили 200 Нм крутящего момента к железному ведру.
Это, конечно, круто, но этого не хватит, чтобы отправиться на нем в путешествие.
Просветление ко мне пришло благодаря… свету! Обычная лампочка потребляет энергию, которая измеряется в ваттах – величине, названной в честь Джеймса Ватта, который, помимо того, подарил нам величину, называемую Лошадиными Силами. Ну, во всяком случае, так говорят достоверные источники.
В электричестве, ватт определяется как произведение Вольт на Амперы, то есть напряжение, умноженное на ток. Таким образом, при напряжении в 110 Вольт, 60-ваттная лампочка имеет ток, равный 0.55 Ампер, а при напряжении в 220 Вольт, та же самая лампочка имеет ток в 0.275 Ампер.
Грубо говоря, чем выше напряжение, тем «медленнее» ток при той же самой «мощности».
Лошадиные Силы измеряются по той же схеме. ЛС=(КМ*ОБ/М)/5252. Крутящий момент нам известен, обороты тоже, а 5252 – это единица для перевода, о которой даже и думать не стоит.
Для проведения аналогии с электричеством, представим, что Лошадиные Силы – это Ватты (кстати, во многих странах мощность двигателя измеряется именно в киловаттах), крутящий момент – напряжение, а обороты в минуту – ток. Таким образом, при 135 Нм крутящего момента на 3151 об/мин, двигатель будет выдавать 60 Л.С.
Для получения тех же самых шестидесяти лошадиных сил, я могу удвоить обороты и вдвое уменьшить крутящий момент, или удвоить крутящий момент и вдвое порезать обороты. Чувствуете?
В электричестве, Ватт – самая важная величина, ведь благодаря ей горит свет. Можно иметь напряжение без тока, или ток без напряжения, но для того, чтобы была энергия, необходимо и напряжение, и ток.
С крутящим моментом та же самая тема: необходимы лошадки и обороты. Представьте себе двигатель, который имеет крутящий момент 1350 Нм, достигаемый при всего лишь 500 об/мин. «Круто же!» — скажете вы. Ничего подобного.
Подставьте эти показатели в нашу формулу, и вы поймете, что такой двигатель будет выжимать всего 95 Л.С. Крутящий момент – это сила, но эта сила не будет работать до тех пор, пока к ней не добавится вращение (об/м).
Работа должна производиться в течение определенного времени, только тогда мы получим энергию и ускорение, а ускорение – это, по сути, и есть самый главный показатель автомобиля.
И да, когда я говорю «ускорение», я имею в виду переход из статичного состояния в динамичное. В данном случае, речь идет о физическом определении этого понятия, а не о разгоне до сотни и т.д.
Итак, если важны только лошадиные силы, то в чем суть дизельных движков? Давайте начнём по порядку:
1. Мы знаем, что автомобиль ускоряется благодаря лошадиным силам2. Мы знаем, что крутящий момент, умноженный на обороты в минуту (и всё это поделённое на 5252) создаёт эти лошадиные силы
То есть, чем быстрее вращается движок, тем больше лошадиных сил. Логично? Вполне. Теперь давайте попробуем научиться читать подобные графики динамики.(График взят из журнала Automobile)
1. Лошадиные Силы – это переменная, зависящая от скорости двигателя, это мы узнали только что, но скорость двигателя имеет значительно больший потенциал, чем крутящий момент (двигатель может раскручиваться, например, до 7000 об/м, при этом крутящий момент может составлять лишь 200-400 Нм).
Это значит, что большой показатель лошадиных сил будет следствием большого количества оборотов в минуту, и даже небольшой крутящий момент, приложенный к большому количеству оборотов, в итоге выдаст неплохую мощность.
Именно поэтому болиды Formula 1, или гоночные мотоциклы… в общем любые транспортные средства, оснащенные двигателями с высокой оборотностью, имеют так много мощности. 2. Кроме того, значение имеет где и каким образом вы производите крутящий момент. Дизельные движки производят много крутящего момента. Очень много. Но они выжимают его при низких оборотах.
Этот низкооборотный крутящий момент как раз таки и создает то ощущение, которое вы испытываете при езде на огромном ленивом V8 или дизельном движке. Но ощущение это в первую очередь связано не с крутящим моментом, а именно с мощностью двигателя.
Для наглядности я выбрал небольшой современный движок от Volkswagen – CJAA 2.0 TDI. Максимальный крутящий момент двигателя, который составляет 319 Нм достигается при 1700 об/мин, а при 2600 об/мин он начинает угасать.
Это является следствием того, что дизельные движки способны нагнетать огромное давление воздуха и не поджигать топливо до тех пор, пока они не будут готовы к этому. При таком крутящем моменте мы имеем 76 л.с. на 1700 об/мин, 90 л.с. при 2000 об/мин и 116 л.с. при 2600 об/мин.
На графике заметно, как линия лошадиных сил резко взмывает вверх в том месте, где достигается максимальный крутящий момент.
Сравним его с бензиновым двигателем аналогичного объема. В данном случае рассмотрим двигатель Subaru FA20. Максимальная мощность движка составляет 200 л.с, таким образом, можно сказать, что он более «спортивный», в сравнении с CJAA. Однако, на 1700 об/мин FA20 выдает всего 142 Нм крутящего момента, что соответствует лишь 34 л.с.
При 2000 оборотах крутящий момент составляет 155 Нм и выдает 43 л.с., при 2600 – 185 Нм и 68 л.с. По факту, FA20 не выжимает больше лошадиных сил, чем CJAA ровно до тех пор, пока не разгонится до 3900 об/мин. Примерно на таких оборотах мы с вами ездим на работу и по магазинам.
Таким образом получается, что двигатель Subaru BRZ страдает от нехватки мощности, при том, что у него её вполне достаточно. Нонсенс, но факт.
Посмотрите на этот график. Тут вы видите сравнение показателей двух рассмотренных двигателей. Как можно заметить, кривая лошадиных сил дизельного движка взмывает вверх на низких оборотах.
На данном графике оранжевым цветом обозначена зона, в которой TDI выжимает больше мощности, чем «более мощный» двигатель FA20.
Обратите внимание на интервал от 900 до 4500 об/мин, на котором TDI выдает значительно больше лошадиных сил. Две сотни лошадей, конечно, будут быстрее, чем 136, но пока BRZ медленно лениво разгоняется до необходимых оборотов, TDI уже улетит в космос.
Этим и объясняется явление «турбоямы»: когда турбина не работает, двигатель не выдает нормального крутящего момента, следовательно у него мало мощности и он плетется как улитка.
Когда турбина входит в дело, движок начинает производить крутящий момент, мощность и скорость.
Другой способ разобраться в этом явлении состоит в рассмотрении лошадиных сил на фоне определенного интервала оборотов, скажем, 1100-4000 об/мин, то есть средней оборотности ежедневных поездок. В данной зоне средний показатель мощности FA20 составляет 67 л.с, а CJAA показывает 107 л.с.
Это говорит о том, что если бы движок BRZ не разгонялся до 4000 об/мин, то юркий дизель рвал бы его по мощности почти в два раза! Именно поэтому крутящий момент ощущается таким «быстрым».
Быстрее разгоняться будет тот автомобиль, чей двигатель проведет больше времени на более высоком среднем показателе лошадиных сил.
Проблема состоит в том, что, как я уже ранее говорил, оборотность двигателя – величина более широкая, чем крутящий момент, а это значит, что количество крутящего момента, который можно добавить на низких оборотах, сильно ограничено.
На практике, путём увеличения скорости двигателя можно получить больше мощности, чем путём увеличения крутящего момента. При этом, увеличить скорость двигателя гораздо дешевле и проще, чем поднять крутящий момент.
Именно по этой причине дизели, как правило, совершенно не подходят для гоночных автомобилей.
Мы сравнили оборотистый спортивный двигатель FA20 и медленный дизельный TDI, пришло время сравнить что-то другое. Теперь мы посмотрим на три шестицилиндровых двигателя от внедорожников. Синяя кривая отвечает за Toyota 1FZ-FE 4.
5 – последний рядный шестицилиндровый двигатель от Toyota, установленный в Land Cruiser. Красная кривая – Toyota 1GR-FE 4.0 – рабочая лошадка от Tacoma. И, наконец, зеленая линия – GM LFX 3.
6 – V6, сидящий под капотами Colorado и Canyon.
1. Двигатель 1FZ-FE (синяя линия) – настоящий олдскул.
Его большой объем, распредвал и дизайн головки блока цилиндров созданы для того, чтобы производить большую мощность на низких оборотах. Благодаря этому, на таком автомобиле, как говорится, можно пни выкорчевывать. Несмотря на то, что среди трех двигателей данный имеет наименьшее количество максимальной мощности (212 л.с.
), он имеет максимальный средний показатель мощности (128 л.с.) в интервале ежедневной езды, достигает своей максимальной мощности на 1800 об/мин и дольше всех держится на этой отметке. Это не значит, что автомобиль быстрый, совсем нет, он та еще улитка, но его показатели позволяют ему успешно разгоняться при высокой нагрузке на низких оборотах.
Кроме того он хорош на бездорожье.
2. Двигатель 1GR-FE отличается своим умеренным характером и пытается выстроить баланс между крутящим моментом и лошадиными силами, но на высоких оборотах он выдыхается, и причиной тому является конструкция профиля кулачка.
Движок неплохо показывает себя на низких оборотах. К сожалению, на высоких оборотах наблюдается сильный спад мощности, поскольку двигателю просто не хватает воздуха. В то же время, двигатель имеет тот же самый средний показатель мощности в диапазоне оборотов при ежедневной езде, что и более мощный двигатель GM V6 (115 л.с.)
3. В двигателе LFX сделан упор на лошадиные силы, но благодаря хорошей регулировке кулачка на впуске и выхлопе, а также прямому впрыску, крутящий момент также вполне неплох.
Его «коньком» является тот факт, что он продолжает раскручивать обороты до тех пор, пока не достигнет максимального количества лошадиных сил. Однако, на низких оборотах этот движок менее мощный, чем древний Toyota V6. Средний показатель мощности на оборотах ежедневной езды – такой же, как и у 1GR-FE (115 л.с.), и он развивает 85% своей мощности при 1500 об/мин.
Какой из них лучше? Это зависит от разных факторов. Самый крупный и медленный из них хорош на низких оборотах, но подыхает на высоких. Самый мелкий двигатель выжимает самую большую мощность, но для этого его нужно посильнее раскрутить.
В идеале хотелось бы иметь и то, и другое. Хороший крутящий момент на любых оборотах, который мог бы выжать много лошадиных сил. Этого можно добиться увеличением объема двигателя, но тогда он будет неэффективен на низкой нагрузке. Турбонаддув также может решить проблему, но движок будет вёдрами пить топливо.
Дизельные двигатели хороши на низких оборотах, но на высокой скорости они начинают задыхаться, поэтому нам вряд ли когда-либо удастся увидеть спортивный автомобиль на дизельном движке. Если только произойдет какой-нибудь технологический прорыв…
Надеюсь, что эта обучающая статья поможет вам лучше разобраться в понятии крутящего момента и научиться взвешивать все «за» и «против» при выборе двигателя.Чтобы узнать об автомобильной технике и физике больше, заглядывайте в наше сообщество Tech.
Подпишись на наш Telegram-канал
Крутящий момент двигателя
Крутящий момент двигателя — это тяговая характеристика двигателя, которая в отличие от мощности дает весьма отдаленное представление об истинных возможностях автомобиля.
Для более полного раскрытия этого понятия необходимо прежде всего уяснить, что момент двигателя и момент на колесах автомобиля — это две большие разницы.
Крутящий момент двигателя, будучи величиной равной силе на плечо (Н*м) — сила давления сгоревших в двигателе газов через поршень и шатун на плечо кривошипа коленвала — показывает лишь потенциал мотора, а сам автомобиль, в конечном итоге, движет крутящий момент на колесах.
Для оценки реальных тягово-динамических возможностей автомобиля необходимо провести довольно утомительный расчет.
Для данного расчета также понадобятся, указанные в технических характеристиках, величины оборотов двигателя, передаточных чисел КПП и главной передачи, диаметра колес и т.д.
Тогда как указанная величина мощности двигателя, не требуя дополнительных данных и расчетов, наглядно демонстрирует тягово-динамические возможности автомобиля, то есть крутящий момент на колесах.
График крутящего момента
Пример №1. Суперкар мощностью 500 сил с крутящим моментом двигателя 500 Н*м и магистральная фура-тягач с отдачей 500 сил и 2500 Н*м на колесах тем не менее имеют абсолютно равный крутящий момент при движении с одинаковой скоростью на оборотах максимальной мощности: М (момент на колесах, приводящий машины в движение) = N (мощность двигателя) / n (обороты колеса, при условии, что у суперкара и фуры они одинакового диаметра).
Вывод: цифра мощности отражает тягу и динамику автомобиля, а цифра крутящего момента двигателя, не учавствующая в вычислениях, может быть любой и не имеет значения.
Пример №2. Зайдем с другой стороны. Тот же суперкар и фура с вышеуказанными характеристиками (аналоги Porsche 911 GT3 RS 4.0, Scania R500 и многие другие суперкары и грузовики), как правило, имеют максимальные обороты двигателя около 9000 и 1800 соответственно.
Для того чтобы компенсировать пятикратную разницу в оборотах (иметь ту же скорость движения), на фуре придется применять в пять раз более «длинную» трансмиссию, которая, соответственно, будет передавать в 5 раз меньше момента на колеса: 2500 Н*м делим на 5 и получаем те же 500 Н*м (приведенный момент), как в суперкаре.
Вывод: мы получили то же равенство тягово-динамического потенциала машин равной мощности, что и в примере №1.
В представленной таблице крутящего момента двигателей цифры Нм приведены к величине 7000 об/мин.
Таблица крутящего момента и мощности
| 1 | Alfa Romeo 8C Competizione | 450 | 7000 | 470 | 470 |
| 2 | Aston Martin DB9 | 477 | 6000 | 600 | 514 |
| 3 | Audi A3 Sedan 2.0 TDI | 150 | 4000 | 320 | 183 |
| 4 | Audi A6 3.0 TDI | 204 | 4500 | 400 | 257 |
| 5 | Audi RS5 Coupe | 450 | 8250 | 430 | 507 |
| 6 | Audi S3 | 300 | 6200 | 380 | 337 |
| 7 | Audi S4 | 333 | 7000 | 441 | 441 |
| 8 | Audi S8 | 520 | 6000 | 652 | 559 |
| 9 | Audi Q7 4.2 TDI | 327 | 3750 | 760 | 407 |
| 10 | Audi R8 4.2 | 420 | 7800 | 430 | 479 |
| 11 | Bentley Mulsanne | 512 | 4200 | 1020 | 612 |
| 12 | BMW 330d F30 | 258 | 4000 | 560 | 320 |
| 13 | BMW M135i F21 | 320 | 5800 | 450 | 373 |
| 14 | BMW M5 F10 | 560 | 7000 | 680 | 680 |
| 15 | BMW M550d xDrive F10 | 381 | 4400 | 740 | 465 |
| 16 | BMW 750i F01 | 450 | 5500 | 650 | 511 |
| 17 | BMW M3 E92 | 420 | 8300 | 400 | 474 |
| 18 | BMW X5 M50d E70 | 381 | 4400 | 740 | 465 |
| 19 | Bugatti Veyron 16.4 | 1001 | 6000 | 1250 | 1071 |
| 20 | Cadillac Escalade | 403 | 5700 | 565 | 460 |
| 21 | Chevrolet Camaro ZL1 | 580 | 6000 | 754 | 646 |
| 22 | Chevrolet Corvette Z06 | 507 | 6300 | 637 | 573 |
| 23 | Citroën C5 V6 HDi 240 | 240 | 3800 | 450 | 244 |
| 24 | Citroën DS5 eHDi 160 | 160 | 3750 | 340 | 182 |
| 25 | Dodge Challenger SRT8 392 | 470 | 6000 | 637 | 546 |
| 26 | Dodge SRT Viper | 650 | 6150 | 814 | 715 |
| 27 | Ferrari 458 Italia | 570 | 9000 | 540 | 694 |
| 28 | Ferrari 550 Maranello | 480 | 7000 | 569 | 569 |
| 29 | Ferrari F12 Berlinetta | 740 | 8700 | 690 | 858 |
| 30 | Ferrari FF | 660 | 8000 | 683 | 781 |
| 31 | Ford Explorer 2.0L EcoBoost | 243 | 5500 | 366 | 288 |
| 32 | Ford Fiesta ST | 182 | 5700 | 240 | 195 |
| 33 | Ford Focus ST | 250 | 6000 | 340 | 291 |
| 34 | Ford Kuga 1.6 EcoBoost | 182 | 5700 | 240 | 195 |
| 35 | Ford Mondeo 2.2 TDCi | 200 | 3500 | 420 | 210 |
| 36 | Honda Civic Type-R mk8 | 201 | 7800 | 193 | 215 |
| 37 | Honda CR-V | 190 | 7000 | 222 | 222 |
| 38 | Honda S2000 | 240 | 7800 | 220 | 245 |
| 39 | Hyundai Santa Fe 2.2 CRDi | 197 | 3800 | 421 | 229 |
| 40 | Infiniti G37 Sport | 333 | 7000 | 365 | 365 |
| 41 | Infiniti FX30d | 238 | 3750 | 550 | 295 |
| 42 | Jaguar XF 3.0 V6 D S | 275 | 4000 | 600 | 343 |
| 43 | Jaguar XJ 5.0 SC Supersport | 510 | 6500 | 625 | 580 |
| 44 | Jaguar XKR-S Coupe | 550 | 6500 | 680 | 631 |
| 45 | Jeep Grand Cherokee 3.0 CRD | 250 | 4000 | 570 | 326 |
| 46 | Jeep Grand Cherokee SRT8 | 465 | 6000 | 624 | 535 |
| 47 | Kia Optima 2.4 | 180 | 6000 | 231 | 198 |
| 48 | Kia Sorento 2.2 CRDi | 197 | 3800 | 421 | 229 |
| 49 | Koenigsegg Agera | 940 | 6900 | 1100 | 1084 |
| 50 | Lamborghini Aventador LP700-4 | 700 | 8250 | 690 | 813 |
| 51 | Land Rover Discovery 4 5.0 V8 | 375 | 6500 | 510 | 474 |
| 52 | Land Rover Discovery 4 SDV6 | 245 | 4000 | 600 | 343 |
| 53 | Lexus LF-A | 560 | 8700 | 480 | 597 |
| 54 | Lexus IS-F | 423 | 6600 | 505 | 476 |
| 55 | Maserati 3200GT | 370 | 6250 | 491 | 438 |
| 56 | Maserati Granturismo S | 440 | 7000 | 490 | 490 |
| 57 | Maybach 57 | 550 | 5250 | 900 | 675 |
| 58 | Mazda 6 2.2 SkyActiv-D | 175 | 4500 | 420 | 270 |
| 59 | Mazda CX-9 Touring AWD | 277 | 6250 | 366 | 327 |
| 60 | Mclaren F1 | 627 | 7500 | 651 | 698 |
| 61 | Mclaren MP4-12C | 600 | 7000 | 600 | 600 |
| 62 | Mercedes-Benz A 45 AMG | 360 | 6000 | 450 | 386 |
| 63 | Mercedes-Benz C 250 CDI W204 | 201 | 4200 | 500 | 300 |
| 64 | Mercedes-Benz CLA 250 | 211 | 5500 | 350 | 275 |
| 65 | Mercedes-Benz GL63 AMG | 558 | 5250 | 759 | 569 |
| 66 | Mercedes-Benz S 600 W221 | 517 | 5000 | 830 | 593 |
| 67 | Mercedes-Benz S 63 AMG W222 | 585 | 5500 | 900 | 707 |
| 68 | Mercedes-Benz SL 65 AMG R231 | 630 | 5000 | 1000 | 714 |
| 69 | MINI Cooper SD Countryman | 143 | 4000 | 305 | 174 |
| 70 | MINI JCW | 211 | 6000 | 280 | 240 |
| 71 | Mitsubishi Lancer Evolution X | 295 | 6500 | 422 | 392 |
| 72 | Mitsubishi Outlander 3.0 | 230 | 6250 | 291 | 260 |
| 73 | Mitsubishi Pajero 3.2 DI-D | 200 | 3800 | 441 | 239 |
| 74 | Nissan GT-R R35 | 550 | 6400 | 632 | 578 |
| 75 | Nissan Patrol | 405 | 5800 | 560 | 464 |
| 76 | Opel Astra OPC | 280 | 5500 | 400 | 314 |
| 77 | Opel Insignia 2.0 CDTI | 195 | 4000 | 400 | 229 |
| 78 | Opel Insignia OPC | 325 | 5250 | 435 | 326 |
| 79 | Peugeot 308 2.0 HDI | 140 | 4000 | 340 | 194 |
| 80 | Peugeot RCZ 200 THP | 200 | 5800 | 275 | 228 |
| 81 | Porsche 911 Carrera S 991 | 400 | 7400 | 440 | 465 |
| 82 | Porsche 911 Turbo S 991 | 560 | 6750 | 750 | 723 |
| 83 | Porsche Carrera GT | 612 | 8000 | 590 | 674 |
| 84 | Porsche Cayenne S Diesel | 382 | 3750 | 850 | 455 |
| 85 | Porsche Panamera Diesel | 300 | 4000 | 650 | 371 |
| 86 | Range Rover 5.0 Supercharged | 510 | 6500 | 625 | 580 |
| 87 | Range Rover Sport 4.4 TDV8 | 339 | 3500 | 700 | 350 |
| 88 | Renault Clio RS | 200 | 7100 | 215 | 218 |
| 89 | Renault Megane dCi 160 | 160 | 3750 | 380 | 204 |
| 90 | Rolls-Royce Ghost | 570 | 5250 | 780 | 585 |
| 91 | Rolls-Royce Wraith | 635 | 5600 | 800 | 640 |
| 92 | Skoda Fabia RS | 180 | 6200 | 250 | 221 |
| 93 | Skoda Octavia 2.0 TDI | 143 | 4000 | 320 | 183 |
| 94 | Subaru Impreza WRX STI | 300 | 6200 | 350 | 310 |
| 95 | Subaru Legacy Outback 3.6 | 250 | 6000 | 335 | 287 |
| 96 | Toyota GT86 | 200 | 7000 | 205 | 205 |
| 97 | Toyota RAV4 | 180 | 6000 | 233 | 200 |
| 98 | Volkswagen Golf GTI | 230 | 6200 | 350 | 310 |
| 99 | Volkswagen Touareg 3.0 TDI | 204 | 4750 | 450 | 305 |
| 100 | Volvo S60 T6 | 304 | 5600 | 440 | 352 |
| 101 | Volvo XC60 D5 | 215 | 4000 | 420 | 240 |
TRC
Мощность и крутящий момент — что это?
ЧТО ТАКОЕ ЛОШАДИНАЯ СИЛА?
— У тебя сколько сил? — такой вопрос слышал любой, кто хоть немного касался мира автомобилей. Никому даже пояснять не надо, какие силы на самом деле имеются в виду — лошадиные. Именно в них мы привыкли оценивать мощность мотора, одну из важнейших потребительских характеристик машины.
Уже и гужевого транспорта практически не осталось даже в деревнях, а эта единица измерения живёт и здравствует больше ста лет. А ведь лошадиная сила — величина, по сути, нелегальная.
Она не входит в международную систему единиц (полагаю, многие со школы помнят, что называется она СИ) и потому не имеет официального статуса.
Более того, Международная организация законодательной метрологии требует как можно скорее изъять лошадиную силу из обращения, а директива ЕС 80/181/EEC от 1 января 2010 прямо обязует автопроизводителей использовать традиционные «л.с.» только как вспомогательную величину для обозначения мощности.
Но не зря считается, что привычка — вторая натура. Ведь говорим же мы в обиходе «ксерокс» вместо копир и обзываем клейкую ленту «скотчем». Вот и непризнанные «л.с.» сейчас используют не только обыватели, но и едва ли не все автомобильные компании.
Какое им дело до рекомендательных директив? Раз покупателю удобнее — пусть так и будет. Да что там производители — даже государство на поводу идёт.
Если кто забыл, в России транспортный налог и тариф ОСАГО именно от лошадиных сил высчитываются, как и стоимость эвакуации неправильно припаркованного транспорта в Москве.
Лошадиная сила родилась в эпоху промышленной революции, когда потребовалось оценить, насколько эффективно механизмы заменяют животную тягу. По наследству от стационарных двигателей эта условная единица измерения мощности со временем перешла и на автомобили
И никто бы к этому не придирался, если не одно весомое «но». Задуманная, чтобы упростить нам жизнь, лошадиная сила на самом деле вносит путаницу.
Ведь появилась она в эпоху промышленной революции как совершенно условная величина, которая не то что к автомобильному мотору, даже к лошади имеет достаточно опосредованное отношение. Смысл этой единицы в следующем — 1 л.с.
достаточно, чтобы поднять груз массой 75 кг на высоту 1 метр за 1 секунду. Фактически, это сильно усреднённый показатель производительности одной кобылы. И не более того.
Иными словами, новая единица измерения очень пригодилась промышленникам, добывавшим, к примеру, уголь из шахт, и производителям соответствующего оборудования. С её помощью было проще оценить преимущество механизмов над животной силой. А поскольку приводились станки уже паровыми, а позднее и керосиновыми двигателями, то «л.с.» перешли по наследству и к самобеглым экипажам.
Джеймс Уатт — шотландский инженер, изобретатель, учёный, живший в XVIII — начале XIX века. Именно он ввёл в обращение как «нелегальную» сейчас лошадиную силу, так и официальную единицу измерения мощности, которую назвали его именем
По иронии судьбы изобрёл лошадиную силу человек, именем которого названа официальная единица измерения мощности — Джеймс Уатт. А поскольку ватт (а точнее, применительно к могучим машинам, киловатт — кВт) к началу XIX века тоже активно входил в оборот, пришлось две величины как-то приводить друг к другу.
Вот здесь-то и возникли ключевые разногласия. Например, в России и большинстве других европейских стран приняли так называемую метрическую лошадиную силу, которая равна 735,49875 Вт или, что сейчас нам более привычно, 1 кВт = 1,36 л.с. Такие «л.с.» чаще всего обозначают PS (от немецкого Pferdestärke), но есть и другие варианты — cv, hk, pk, ks, ch..
. При этом в Великобритании и ряде её бывших колоний решили пойти своим путём, организовав «имперскую» систему измерений с её фунтами, футами и прочими прелестями, в которой механическая (или, по-другому, индикаторная) лошадиная сила составляла уже 745,69987158227022 Вт. А дальше — пошло-поехало.
К примеру, в США придумали даже электрическую (746 Вт) и котловую (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. Возьмём, например, популярный у нас кроссовер Kia Sportage — в России или Германии по паспорту его двухлитровый турбодизель в двух вариантах развивает 136 или 184 л.с., а в Англии — 134 и 181 «лошадку».
Хотя на самом деле отдача мотора в международных единицах составляет ровно 100 и 135 кВт — причём в любой точке земного шара. Но, согласитесь, звучит непривычно. Да и цифры уже не такие впечатляющие. Поэтому автопроизводители и не спешат переходить на официальную единицу измерения, объясняя это маркетингом и традициями.
Это как же? У конкурентов будет 136 сил, а у нас всего 100 каких-то кВт? Нет, так не пойдёт…
КАК ИЗМЕРЯЮТ МОЩНОСТЬ?
Впрочем, «мощностные» хитрости игрой с единицами измерения не ограничиваются. До последнего времени её не только обозначали, но даже измеряли по-разному.
В частности, в Америке долгое время (до начала 1970-х годов) автопроизводители практиковали стендовые испытания двигателей, раздетых догола — без навески вроде генератора, компрессора кондиционера, насоса системы охлаждения и с прямоточной трубой вместо многочисленных глушителей.
Само собой, сбросивший оковы мотор легко выдавал процентов на 10-20 больше «л.с.», так необходимых менеджерам по продажам. Ведь в тонкости методики испытаний мало кто из покупателей вдавался.
Другая крайность (но гораздо более приближенная к реальности) — снятие показателей прямо с колёс автомобиля, на беговых барабанах. Так поступают гоночные команды, тюнинговые мастерские и прочие коллективы, которым важно знать отдачу мотора с учётом всех возможных потерь, и трансмиссионных в том числе.
Мощность также зависит от того, как её измерять. Одно дело крутить на стенде «голый» мотор без навесного оборудования и совсем другое — снимать показания с колёс, на беговых барабанах, с учётом трансмиссионных потерь. Современные методики предлагают компромиссный вариант — стендовые испытания двигателя с необходимой для его автономной работы навеской
Но в итоге за образец в различных методиках вроде европейских ECE, DIN или американских SAE приняли компромиссный вариант. Когда двигатель устанавливают на стенде, но со всей необходимой для бесперебойного функционирования навеской, включая стандартный выпускной тракт.
Снять можно только оборудование, относящееся к другим системам машины (к примеру, компрессор пневмоподвески или насос гидроусилителя руля). То есть тестируют мотор ровно в том виде, в котором он фактически стоит под капотом автомобиля.
Это позволяет исключить из финального результата «качество» трансмиссии и определить мощность на коленвале с учётом потерь на привод основных навесных агрегатов.
Так, если говорить о Европе, то эту процедуру регламентирует директива 80/1269/EEC, впервые принятая ещё в 1980 году и с тех пор регулярно обновляемая.
ЧТО ТАКОЕ КРУТЯЩИЙ МОМЕНТ?
Но если мощность, как говорят в Америке, помогает автомобили продавать, то двигает их вперёд крутящий момент.
Измеряют его в ньютон-метрах (Н∙м), однако у большинства водителей до сих пор нет чёткого представления об этой характеристике мотора.
В лучшем случае обыватели знают одно — чем выше крутящий момент, тем лучше. Почти как с мощностью, не правда ли? Вот только чем тогда «Н∙м» отличаются от «л.с.».?
На самом деле, это связанные величины. Более того, мощность — производная от крутящего момента и оборотов мотора. И рассматривать их по отдельности просто нельзя.
Знайте — чтобы получить мощность в ваттах необходимо крутящий момент в ньютон-метрах умножить на текущее число оборотов коленвала и коэффициент 0,1047.
Хотите привычные лошадиные силы? Нет проблем! Делите результат на 1000 (таким образом получатся киловатты) и умножайте на коэффициент 1,36.
Чтобы обеспечить дизелю (на фото слева) высокую степень сжатия, инженеры вынуждены делать его длинноходным (это когда ход поршня превышает диаметр цилиндра). Поэтому у таких моторов крутящий момент конструктивно получается большим, но предельное число оборотов приходится ограничивать ради повышения ресурса.
Разработчикам бензиновых агрегатов, наоборот, проще получить высокую мощность — детали здесь не такие массивные, степень сжатия меньше, так что двигатель можно сделать короткоходным и высокооборотным.
Впрочем, в последнее время различие между дизелями и бензиновыми агрегатами постепенно стирается — они становятся всё более похожими как по конструкции, так и по характеристикам
Выражаясь техническим языком, мощность показывает, сколько работы способен выполнить мотор за единицу времени. А вот крутящий момент характеризует потенциал двигателя к совершению этой самой работы. Показывает сопротивление, которое он может преодолеть.
Например, если машина упрётся колёсами в высокий бордюр и не сможет тронуться с места, мощность будет нулевой, так как никакой работы мотор не совершает — движения нет, но крутящий момент при этом развивается.
Ведь за то мгновение, пока движок не заглохнет от натуги, в цилиндрах сгорает рабочая смесь, газы давят на поршни, а шатуны стараются привести во вращение коленвал. Иными словами, момент без мощности существовать может, а мощность без момента — нет.
То есть именно «Н∙м» являются основной «продукцией» двигателя, которую он производит, превращая тепловую энергию в механическую.
Если проводить аналогии с человеком, «Н∙м» отражают его силу, а «л.с.» — выносливость.
Именно поэтому тихоходные дизельные двигатели в силу своих конструктивных особенностей у нас, как правило, тяжелоатлеты — при прочих равных условиях они могут тащить на себе больше и легче преодолевают сопротивление на колёсах, пусть и не так проворно.
А вот быстроходные бензиновые моторы скорее относятся к бегунам — нагрузку держат хуже, зато перемещаются быстрее. В общем, действует простое правило рычага — выигрываем в силе, проигрываем в расстоянии или скорости. И наоборот.
Так называемая внешняя скоростная характеристика двигателя отражает зависимость мощности и крутящего момента от оборотов коленвала при полностью открытом дросселе.
По идее, чем раньше наступает пик тяги и позже — мощности, тем проще мотору адаптироваться к нагрузкам, его рабочий диапазон увеличивается, что позволяет водителю или электронике реже переключать передачи и почём зря не жечь топливо.
На этих графиках видно, что бензиновый двухлитровый турбомотор (справа) выигрывает по этому показателю у турбодизеля аналогичного объёма, но уступает ему в абсолютной величине крутящего момента
Как это выражается на практике? В первую очередь, надо понять, что именно кривые крутящего момента и мощности (вместе, а не по отдельности!) на так называемой внешней скоростной характеристике двигателя будут раскрывать его истинные возможности. Чем раньше достигается пик тяги и позже пик мощности, тем лучше мотор приспособлен к своим задачам.
Возьмём простой пример — автомобиль движется по ровной дороге и вдруг начинается подъём. Сопротивление на колёсах возрастает, так что при неизменной подаче топлива обороты станут падать. Но если характеристика двигателя грамотная, крутящий момент при этом наоборот начнёт расти.
То есть мотор сам приспособится к увеличению нагрузки и не потребует от водителя или электроники перейти на передачу пониже. Перевал пройден, начинается спуск. Машина пошла на разгон — высокая тяга здесь уже не так важна, критичным становится другой фактор — мотор должен успевать её вырабатывать. То есть на первый план выходит мощность.
Которую можно регулировать не только передаточными числами в трансмиссии, а повышением оборотов двигателя.
Здесь уместно вспомнить гоночные автомобильные или мотоциклетные моторы.
В силу относительно небольших рабочих объёмов, они не могут развить рекордный крутящий момент, зато способность раскручиваться до 15 тысяч об/мин и выше позволяет им выдавать фантастическую мощность.
К примеру, если условный двигатель при 4000 об/мин обеспечивает 250 Н∙м и, соответственно, примерно 143 л.с., то при 18000 об/мин он мог бы выдать уже 640,76 л.с. Впечатляет, не правда ли? Другое дело, что «гражданскими» технологиями это не всегда получается добиться.
И, кстати, в этом плане близкую к идеальной характеристику имеют электродвигатели. Они развивают максимальные «ньютон-метры» прямо со старта, а потом кривая крутящего момента плавно падает с ростом оборотов. График мощности при этом прогрессивно возрастает.
Современные моторы «Формулы 1» имеют скромный объём 1,6 л и относительно невысокий крутящий момент. Но за счёт турбонаддува, а главное — способности раскручиваться до 15000 об/мин, выдают порядка 600 л.с.
Кроме того, инженеры грамотно интегрировали в силовой агрегат электродвигатель, который в определённых режимах может добавлять ещё 160 «лошадок».
Так что гибридные технологии могут работать не только на экономичность
Думаю, вы уже поняли — в характеристиках автомобиля важны не только максимальные значения мощности и крутящего момента, но и их зависимость от оборотов. Вот почему журналисты так любят повторять слово «полка» — когда, допустим, мотор выдаёт пик тяги не в одной точке, а в диапазоне от 1500 до 4500 об/мин. Ведь если есть запас крутящего момента, мощности тоже, скорее всего, будет хватать.
Но всё же лучший показатель «качества» (назовём его так) отдачи автомобильного двигателя — его эластичность, то есть способность набирать обороты под нагрузкой.
Она выражается, например, в разгоне от 60 до 100 км/ч на четвёртой передаче или с 80 до 120 км/ч на пятой — это стандартные тесты в автомобильной индустрии.
И может случиться так, что какой-нибудь современный турбомотор с высокой тягой на малых оборотах и широченной полкой момента даёт ощущение отличной динамики в городе, но на трассе при обгоне окажется хуже древнего атмосферника с более выгодной характеристикой не только момента, но и мощности…
Так что пусть в последнее время разница между дизельными и бензиновыми агрегатами становится всё более расплывчатой, пусть развиваются альтернативные моторы, но извечный союз мощности, крутящего момента и оборотов двигателя останется актуальным. Всегда.
Загрузка...
