Про “лошадиные силы” слышали все, даже те, кто далек от автомобилей. А если разговор заходит о той или иной машине, то такую единицу мощности упоминают всегда. Но что точно вкладывается в понятие лошадиная сила с точки зрения мощности двигателя и почему во всех технических характеристиках упоминается еще и такой показатель как крутящий момент. И что важнее для мотора “лошади” или “ньютонометры”?
Что такое лошадиная сила
Меру мощности “лошадиная сила” ввел известный шотландский инженер Джеймс Ватт (или Уатт), именем которого сейчас измеряют мощность наших бытовых лампочек. Жил он на рубеже веков с 1736 до 1819 года. Согласно исторической справке, на то, чтобы мерить мощность лошадьми его подтолкнули пони, которые в то время активно использовались на шахтах. Он заметил, что одна такая мини-лошадь способна поднять примерно 150 кг груза с глубины 30 м за 1 минуту, 300 кг – 300 м. за 1 минуту, 1500 кг с 3 м за 1 минуту. Если продолжить этот ряд, то можно предположить, что одна лошадь может сдвинуть 15 тонн на 30 см за 1 минуту, ну или 1,5 кг на 3 км за туже минуту, что, на минуточку, равняется 180 км/ч, а это уже тянет на абсурд. Но так далеко Ватт не пошел и в качестве базовых величин были взяты первые расчеты.
В большинстве стран Европы одну лошадиную силу определяют как 75 кгс м/с. Это достаточная сила, чтобы поднять 75 кг. груза на высоту 1 метр за 1 секунду. Но в серьезных кругах такую меру как “лошадиная сила” использую крайне редко из-за её неоднозначности, а вот в автомобильной тематике она получила свое самое распространенное применение.
Во всем мире стандартной мерой мощности является ватт. И 1 л.с. = 736 ватт. Если “на пальцах” то, если мы возьмем одну стандартную лошадь и заставим её вращать некую динамо машину, то она сможет произвести энергии как раз на 736 ватт или 75 кгс м/с. Для простого и быстрого перевода “ваттов” в “лошади” нужно мощность в кВт умножить на 1,36 и вы получите уже мощность в л.с.
“Лошадиные силы” в разных странах обозначаются по разному. В России и на всем постсоветском пространстве мы используем буквосочетание л.ч. В германии – PS (Pferdestarke), во Франции – CV (Cheval-Vapeur), в англоязычных странах, таких как США и Англия HP (HorsePower).
В США и Японии есть два показателя мощности: BHP (Брутто) и HP (Нетто). Первый вариант предполагает отсутствие на двигателе различного дополнительного оборудования, таких как генератор, кондиционер и т.п. Второй вариант – на двигателе есть все, что мы привыкли иметь в автомобиле. Зачастую разница мощности между этими вариантами может доходить до 20%.
Также не следует забывать, что мощность – величина не постоянная, она зависит от оборотов двигателя. Рядом с числом максимальной мощности принято указывать обороты, при которых она достигается. Современные моторы, в своем массе, выдают максимальную мощность при 5000-6000 об/мин. Но часто ли вы ездите на таких оборотах? В городском цикле средние обороты чаще всего держаться в районе 3000 об/мин. При таких низких оборотах мотор будет выдавать около 50% своей потенциальной мощности. И чтобы быстро ускориться нужно держать обороты ближе к отметке 6000, переходя на пониженную передачу.
Что такое крутящий момент
Предположим вам нужно резко ускориться, чтобы завершить обгон. Вот где нам понадобились бы все лошадиные силы мотора. Но к сожалению весь табун одномоментно запрячь не получиться, двигателю нужно сначала раскрутиться до 6000 оборотов, а для этого нужно время. И вот здесь вступает наш второй сегодняшний конкурсант – “крутящий момент”.
Мощность двигателя – это вырабатываемая энергия, которая преобразуется в крутящий момент на выходном валу, изменяется в КПП и редукторе (при его наличии) и передается на ведущие колеса. Т.о. крутящий момент – это и есть та сила, которая толкает авто вперед, а мощность есть ни что иное как производная крутящего момента.
Даже при наличии маломощного двигателя, автомобиль сможет тронуться с места и перевезти груз за счет правильного подбора передаточных отношения в КПП. Для того, чтобы при это ехать быстрее, нужно иметь достаточный крутящий момент на всем диапазоне скоростей и запас мощности у двигателя. Крутящий момент – это сила, умноженная на плечо ее приложения, которую может выделить двигатель автомобиля для преодоления сопротивления движению. Как известно, сила измеряется в ньютонах, а рычаг мы будем мерить в метрах. Например, 1 Нм – это сила, с которой масса в 0,1 кг. давит на конец рычага длинной 1 м. В двигателе внутреннего сгорания в качестве рычага выступает кривошип коленвала, через него и создается крутящий момент.
От крутящего момента зависит время достижения двигателем его максимальной мощности и соответственно динамика разгона автомобиля. Можно сказать, что крутящий момент это некий “пастух”, который сгоняет всех своих “лошадей” в одну упряжку. Выше крутящий момент – быстрее набираются обороты, быстрее достигается максимальная мощность, быстрее разгоняется автомобиль.
Обороты двигателя
Еще немаловажным фактором являются обороты мотора, при которых достигается максимальный крутящий момент. Если, к примеру, это 4000 об/мин, то для раскрутки двигателя нужно некоторое время, которое вы теряете при внезапных резких маневрах.
А вот если максимальный крутящий момент достигается уже при 2000 об/мин, тогда все отлично, вы давите на газ и тут же получаете всю мощь мотора, не теряя время на раскрутку и машина срывается с места.
От сюда можно вывести тот факт, что чем меньше обороты максимального крутящего момента, тем лучше.
Большим запасом крутящего момента могут похвастаться многоцилиндровые, V-образные двигатели с турбонаддувом. Но лидерами по крутящему моменту всегда были дизельные моторы, а особенно те, которые ставят на трактора. Они достигают своего максимума уже ан 1500 об/мин и за это их называются “тяговитыми”. Если вы слышите такую фразу “двигатель хорошо тянет внизу” – это значит, что его максимальный крутящий момент приходится на обороты в районе 2000 об/мин, при которых и достигается его максимальная мощность в л.с.
Бензиновый или дизельный двигатель
Бензиновые двигатели не могут похвастаться большим крутящим моментом, по сравнению с дизельными. Их максимальны момент приходится на средние обороты в районе 4500. Но бензиновые моторы можно раскручивать даже до 7000-8000 об/мин, что дает им развивать очень большую мощность. А мощность напрямую зависит от оборотов. Поэтому дизельный двигатель, развивающий всего 5000 об/мин, всегда проиграет аналогичному бензиновому.
Максимальная мощность нужна для достижения максимальной скорости, а крутящий момент определяет скорость достижения этой скорости. Здесь как раз применимо известное правило механики – “выигрывая в крутящем моменте, проигрываем в частоте вращения”. В гонках на ускорение авто с бензиновым мотором выиграет у дизельного, т.к. последнему нужно будет постоянно переключать передачи, т.к. пиковый крутящий момент достигается очень быстро, а переключение – это секундные замедления оборотов, а соответственно и прекращение набора скорости. Но такой вариант развития событий применим только к гонкам по прямой со старта. В повседневной жизни, для того, чтобы бензиновому мотору потягаться в дизельным, нужно будет всегда держать большие обороты, близкие к максимум. Или, к примеру, на шоссе, на крейсерской скорости, чтобы резко ускориться, дизельному мотору нужно просто нажать на газ, а бензиновому нужно сначала перейти на пониженную передачу.
Все вышеперечисленное применимо исключительно к двигателям внутреннего сгорания. У электродвигателей зависимость обратная. Меньше крутящий момент – выше мощность. От сюда нарастающая популярность гибридных моторов, когда в нужный момент подключается нужная часть силовой установки.
