Объяснение крутящего момента и BHP

Большинство людей имеют некоторое представление о том, что такое мощность двигателя, но не могут точно определить, что представляет собой показатель крутящего момента. Фактически, многие автомобили, которые кажутся мощными, демонстрируют эффект высокого крутящего момента, а не высокой выходной мощности.

Двигатель, который производит большой крутящий момент в широком диапазоне оборотов, будет расслаблять вождение, потому что требуется меньше переключений передач:крутящего момента двигателя часто достаточно, чтобы разогнать автомобиль без переключения на более низкую передачу. На крейсерских скоростях двигателю грузовика не нужно очень быстро проворачивать обороты, потому что он может тянуть на высоких передачах, что обеспечивает хорошую экономичность.

Двигатели, которые производят большую мощность для своего размера, обычно не производят такого большого крутящего момента, а тот крутящий момент, который есть, часто создается при более высоких оборотах двигателя. Также вероятно, что двигатель будет создавать полезный крутящий момент и мощность в меньшем диапазоне частот вращения двигателя; этот узкий «диапазон мощности» делает двигатель менее подходящим, чем крутящий или «ленивый» двигатель, для таких работ, как буксировка, и автомобиль будет менее расслабляющим при вождении.

Типичные цифры

Довольно типичный двигатель небольшого семейного автомобиля выдает, скажем, 60 л.с. (тормозная мощность) при 5000 об/мин. Тот же двигатель можно настроить или модифицировать так, чтобы он выдавал 80 л.с. при 6000 об/мин. Но хотя мощность больше, пиковый крутящий момент может быть меньше, а также возникать при более высоких оборотах двигателя. На низких и средних оборотах двигателя крутящий момент будет меньше.

Другими словами, хотя автомобиль с настроенным двигателем будет иметь более высокую максимальную скорость, он будет ускоряться только лучше, пока коробка передач будет использоваться на полную мощность, чтобы поддерживать высокую скорость двигателя, при условии, что передача осталась прежней.

На практике хорошо настроенному автомобилю почти наверняка потребуется другая передача, чтобы оставаться управляемой — передачи должны быть расположены ближе друг к другу, а общее передаточное число — немного ниже.

Измерение мощности

Обычная процедура проверки двигателя заключается в запуске устройства на «тормозном» ординамометре, который измеряет крутящий момент в широком диапазоне скоростей, определяя, какое тормозное усилие необходимо для поддержания постоянной скорости двигателя на полном газу.

Крутящий момент, умноженный на скорость двигателя, дает выходную мощность, называемую мощностью тормозной лошадки (л.с.). Мощность, измеренная таким образом на испытательном стенде двигателя, выражается как выходная мощность на маховике.

Вместо этого можно запустить автомобиль на динамометре «катящаяся дорога», чтобы измерить выходную мощность на ведущих колесах. Это меньше, чем мощность на маховике из-за потерь на трение в трансмиссии автомобиля, но дает более реалистичное представление о том, как будет работать автомобиль, поскольку показывает, какая мощность достигает дороги.

Баланс крутящего момента/л.с.

Каждый конструктор двигателей должен учитывать баланс между мощностью и крутящим моментом. Он мог бы даже немного сместить баланс от мощности к крутящему моменту, если бы достаточное количество водителей понимало важность крутящего момента и того обобщения, что мощность по сравнению с аэродинамическим сопротивлением определяет максимальную скорость, а крутящий момент по сравнению с весом определяет ускорение.

По мере того, как автомобиль набирает скорость, на него воздействуют силы, отличные от веса, такие как аэродинамическое сопротивление, сопротивление качению шин и трение в двигателе и трансмиссии, чтобы попытаться противостоять этому ускорению. На определенной скорости эти силы сопротивления равны движущей силе или крутящему моменту автомобиля, и для дальнейшего ускорения не остается избыточной мощности.

Передача

Изменения в передаче важны при рассмотрении мощности и крутящего момента, потому что шестерни действуют как множители крутящего момента.

Если первая передача имеет передаточное число 3:1, она увеличивает выходной крутящий момент двигателя в три раза при передаче его на главную передачу. Точно так же передаточное число главной передачи, обычно около 3,5:1, снова увеличивает крутящий момент от коробки передач на столько же.

Таким образом, на первой передаче крутящий момент, подаваемый на ведущие колеса, может быть примерно в десять раз больше, чем выходной крутящий момент двигателя, в то время как скорость вращения уменьшится во столько же раз. Это понижение передачи необходимо, потому что одним из самых больших недостатков поршневого двигателя является его низкий крутящий момент на низкой скорости.

Кривые крутящего момента и тормозной мощности

Мощность, развиваемую двигателем, можно измерить на динамометре, а результаты нанести на график. Здесь показаны типичные кривые для двигателя в состояниях, которые специалисты по настройке двигателя назвали бы «дорожной настройкой» и «быстрой дорожной настройкой».

Дорожная мелодия (справа) – это компромисс между мощностью, крутящим моментом и топливной экономичностью, который производитель автомобилей закладывает в типичный автомобильный двигатель при его разработке.

Двигатель с быстрой дорожной настройкой (крайний справа) жертвует некоторой экономией топлива ради увеличения мощности. Величина крутящего момента в целом немного меньше, а максимальный крутящий момент возникает на более высоких оборотах. Такой двигатель развивает большую максимальную мощность, что дает более высокую максимальную скорость, но его уменьшенный общий крутящий момент требует более высоких оборотов для той же выходной мощности и большего переключения передач - менее «ленивого» вождения.