Почему дизельные двигатели мощнее бензиновых
21 апреля 2018 Категория: Полезная информация.
Многие знают, что дизельные ДВС развивают более высокий крутящий момент, чем бензиновые. Но мало кто знает, почему.
Почему дизельные двигатели более «тяговиты»
- принцип работы дизельного мотора – сжимать под большим давлением кислород и топливо. Высокий коэффициент сжатия и расширение воздуха, подаваемого в цилиндр, создает полезную нагрузку и увеличивает крутящий момент (КМ)
- дизельное топливо сгорает раньше, чем бензин. Кроме того, оно более энергоемкое. Значит, можно извлечь больше энергии за более короткое время. Это тоже «растит» КМ
- по сравнению с бензиновыми , в дизельных ДВС длина хода поршней увеличена. А крутящий момент = сила * расстояние (ход поршня), поэтому в данном случае КМ будет выше
- как правило, современные дизельные агрегаты оснащены турбиной, и это предполагает более прочные материалы блока ДВС, тяжелые поршни и т.п. Поэтому и высокую степень сжатия дизельный мотор выдерживает без проблем, и показатель КМ растет.
Что важнее – мощность или крутящий момент
Мощность двигателя, измеряемая в лошадиных силах, напрямую зависит от его оборотов. Так, указанную производителем мощность автомобили развивают в среднем в диапазоне 5500-6500 об/мин. Понятно, что в жизни никто так не ездит, и нормальные показания тахометра составляют 2500-3000 об/мин. И если свой максимум ДВС развивает при 6000 об/мин, а едет на 3000 об/мин, его мощность в этот момент тоже вдвое меньше.
С этим связано правило быстрого ускорения – перейти на пониженную передачу. Обороты вырастают, мощность тоже, и это обеспечивает разгон.
Тем не менее, даже так нельзя «достать» из двигателя обещанные производителем, скажем, 120 л.с. Они – только для дапазона 6000 об./мин, помним. Но есть способ выйти на максимальную мощность без экстремальных оборотов на тахометре. Это – работа крутящего момента.
Крутящий момент представляет собой силу, умноженную на плечо (рычаг) ее приложения. Когда двигатель вырабатывает энергию, она преобразуется в крутящий момент на выходном валу ДВС, изменяется в коробке и редукторе и передается на колеса. То есть это та сила, которая позволяет автомобилю преодолевать сопротивление движению. Роль рычага в данном случае выполняет кривошип коленвала, через который и создается КМ.
Чем выше крутящий момент, тем быстрее двигатель достигнет максимальной мощности.
Другой важный фактор — величина оборотов, при которой мотор достигает пикового КМ. Скажем, если он выходит на него при 2000 об/мин, разгон будет гораздо быстрее, чем если мотор достигнет своего крутящего момента («раскрутится» до него) при 4000 об/мин. То есть суть не в значении, допустим, 400 Нм, а в диапазоне оборотов, при которых он достигается. Меньше – лучше.
Дизель и бензин
Именно с большей величиной крутящего момента связано мнение о «тяговитости» дизельных двигателей, особенно «на низах».
Имеется в виду, что пик крутящего момента достигается при небольших оборотах, порядка 1500 -2000 об/мин. Для сравнения – бензиновый мотор выйдет на такой же показатель только в зоне средних оборотов, порядка 3500-4500 об/мин.
Именно с этим свойством дизельных ДВС – «тянуть» на низких оборотах, уверенно преодолевая силы сопротивления, и связан тот факт, что все настоящие проходимые внедорожники оснащены дизельными моторами.
Что же касается «Формулы-1» и ей подобных соревнований, да, тут бензиновые автомобили. Связано это как раз с мощностью и диапазоном оборотов. Бензиновые ДВС можно раскручивать до 7000-8000 об/мин., и именно это позволяет им «доставать» всех «лошадей», которыми их наградили производители. А мы помним, что чем больше мощность двигателя в л.с., тем большую скорость он сможет развить.
Поэтому при старте на ускорение бензин побеждает дизель (мгновенный пик КМ за счет высоких оборотов, не нужно тратить время на дополнительные переключения передач). Зато при езде по трассе 110 км/ч дизельный автомобиль не нужно будет переводить на нижнюю передачу, чтобы ускорить, а бензиновый нужно. То есть в спринте выиграет бензин, в марафоне – дизель.
- О том, каких оборотов лучше придерживаться, если у вас дизельный двигатель, читайте здесь.
- Все о том, как продлить ресурс дизельного ДВС, узнайте здесь.
Если вы в поиске качественных запчастей для своего дизельного двигателя, проверьте наш каталог
Битва мнений. Автомобиль с каким двигателем лучше — бензиновым или дизельным?
Вопрос можно назвать вечным. Что брать: экономичный дизель или резвый «бензин»? На поверку оказывается, что на ремонты топливной системы дизельного агрегата уходит не так уж мало, а бензиновый мотор не сможет обогнать своего конкурента при одинаковых значениях объема с ходу. Единственного правильного ответа нет, зато аргументов у обеих сторон хватает. Мы поговорили с ярыми приверженцами обоих типов двигателя и узнали точку зрения профессионалов — руководителей профильных СТО.
За бензин
Форумчанин Continental сменил 10 автомобилей. В его семье были и дизели, но сам он предпочитал именно модели с бензиновыми двигателями. Сейчас ездит на Peugeot 408.
— Прежде чем приобрести новое авто, я сравнивал затраты на бензиновую и дизельную версии. В счет брал топливо, обслуживание, ремонты. В шоу-руме дизельный Peugeot 408 выставлен на $1000 дороже своего бензинового собрата. Как объяснял мне представитель дилера, растаможка машины, работающей на тяжелом топливе, обходится дороже. Я взялся за калькулятор. Вышло, что для того, чтобы отбить эту тысячу, нужно ездить в течение двух первых лет по 50 тыс. км в год (экономия по $500 за 12 месяцев). Такой пробег у единичных владельцев. Стандартные городские жители наезжают 15—20 тыс. км. При таких цифрах экономия на дизеле начнется после пяти лет эксплуатации. Еще одна пятилетка — и можно говорить, что семейный бюджет не потерял еще одну тысячу. А теперь взглянем со стороны: вы подписали контракт с одной моделью на целых 10 лет, а выиграли $16,7 в месяц (1000: (5*12))? И тут мы не брали в расчет ремонты топливной системы. Лично я не могу ездить так долго на одном авто, мне надоедает. Как говорится, дизель экономит топливо, но не деньги.
В дизелях меня раздражает шум. На трассе при высоких скоростях звук двигателей примерно одинаков. В моей на 140 км/ч стрелка тахометра доходит до 4200 оборотов. Естественно, работу мотора становится слышно. Но в городе дизелисты тарахтят так, что их слышно издалека. Особенно это касается бюджетных моделей. C точки зрения комфорта бензин быстрее прогревает салон зимой, не надо мерзнуть. Дизелисты остывают моментом даже в пробках.
В плюсы бензиновых агрегатов стоит записать и отсутствие беспокойств. Я не боюсь не завестись, не страшусь покрутить оборотами, мотор не боится моего агрессивного стиля вождения. «Бензин» в целом динамичнее, если говорить о разгоне с места. Пробовали погоняться на двух Peugeot с двигателями 1.6 (дизельным с турбонаддувом и атмосферным бензиновым) и 115 л. с. — я выиграл без проблем. Но в движении — другое дело, если мы говорим о стандартных машинах, а не об X5 или X6. Часто слышу слова о ресурсе агрегата — мол, у дизелей он намного больше. Пускай. У них моторы живут до 500 тыс. км пробега, ну и что? Кто собирается ездить на одной машине 25 лет?
Некоторое время назад я занимался перепродажей автомобилей на вторичном рынке. Когда-то дизель был в приоритете, стоил на $0,5—1 тыс. дороже бензинового эквивалента. Сейчас же решает цена, на втором плане — состояние, но уж точно не тип двигателя. У того, кто имеет доступ к дешевой солярке, — свои приоритеты. Но большинство людей уже не идут на рынок с намерением «только дизель», действует исключительно денежная аргументация. Многие понимают: обеспечив экономию топлива, такой мотор возьмет свое ремонтами.
Михаил Арефьев, руководитель СТО, которая специализируется на ремонте бензиновых двигателей, уверен, что каким бы ни был мотор, его работа должна быть в первую очередь комфортной для хозяина автомобиля:
— Владельцам машин с бензиновым двигателем нужно следить за маслом и пробегом. И все. В вопросе удобства дизель проигрывает. «Бензин» может ездить и с неисправностями, может работать в критичном состоянии. А вот его оппонент — нет, он просто не заведется.
В плюсы бензину с ремонтной точки зрения стоит дописать отсутствие сажи, накапливающейся в геометрии турбины. У дизелей это частая неисправность.
Говоря от техчасти, нельзя не вспомнить о вынужденных мерах дизельного премиума — например, в Audi A8 используют дорогие в реализации и обслуживании гидроопоры мотора. Огромные деньги вложены только в то, чтобы кузов не трясло.
Стоит сравнить и стоимость расходников у официальных станций. Форсунка непосредственного впрыска для бензиновых агрегатов обойдется в $150 в эквиваленте, для дизельных прайс начинается от $350 и может доходить до $750. Топливный фильтр для последних тоже недешевый — от 500 тыс. до 2 млн. Самые дорогие свечи зажигания — $17, стоимость свечей накаливания только начинается с этой цифры. При экономии в 2—3 литра топлива остальные траты несоизмеримы.
За дизель
Пользователь нашего форума Alex1712 меняет одну машину с дизельным агрегатом на другую с 1997 года. Первым его автомобилем был Volkswagen Golf2, сейчас мужчина управляет купленным в 2009-м у дилера Volkswagen Passat B6 с двигателем TDI объемом 2,0 литра.
— Почти 20 лет назад впервые купил машину, особо не выбирая. Знал, что дизель экономичнее, вот и решил взять его. За два года я наездил 180 тыс. км. Нужно было гонять из Минска в две деревни, где жили родственники, и обратно, много намотал по работе. В те времена я не думал об экономии топлива — ездил на АЗС, наверное, раз в год, находил возможность заправиться на стороне. Позже пересел на Vento, на Passat B4, на В5 — все были дизельными. У всех были нюансы с топливной системой, но особенно не жаловался. Когда купил новый В6, стал заправляться только на легальных станциях. Еще со времен владения Vento пропали проблемы с зимней заводкой. Эта беда слишком преувеличена. Мой рецепт — присадка известного производителя (–26), хороший аккумулятор, прокаливание свечей перед запуском и замена их раз в два года — лишил меня зимних забот. С учетом указанных условий заправляюсь обычным топливом (не «Арктикой») и завожусь при минус 24 градусах.
Выгоду от дизеля борткомпьютер может показать в любую секунду. Включаем и видим: средний расход — 6,3 литра на сотню при нынешних условиях. Летом на МКАД он покажет 4,5, зимой — 5,5. С бензином цифры точно не будут меньше. Про шум дизельного ДВС ничего сказать не могу — в Golf2, возможно, мотор был громким, но мне не с чем было сравнивать. В современных агрегатах это уже не проблема.
Для меня важный момент — ресурс двигателя. У супруги бензиновый TSI на Skoda Rapid обещает возможные проблемы уже после 120 тыс. км пробега. Эта машина не для дальних поездок, в основном для города: на работу и домой. Если сервис проходить своевременно и у профессионалов, топливные проблемы вообще не побеспокоят. Я обслуживаюсь у дилера, меняю масло раз в 15 тыс. Между заменами мотор «съедает» 700—800 грамм — это не секрет. Прошу работников СТО заливать масло из 5-литровой канистры, которую открывают при мне. Фильтры (все, кроме масляного), в том числе топливный, покупаю у дилера, но меняю сам. И в целом на машину не жалуюсь. По-моему, типичные недуги дизелей — болезни отношения и аккуратности самих владельцев.
Следующим своим автомобилем я хотел бы видеть также дизельную модель. Но получится ли купить? Наши дилеры не радуют предложениями в подходящем для меня ценовом сегменте. В России таких машин минимум — там продают в основном то, что произведено на их территории. Видимо, ситуация на рынке ухудшается вместе с требованиями экологов. Я же — один из приверженцев своего первого выбора в пользу дизелей. Думаю, если человек не хлебнул горя с этим типом двигателя из-за покупки неудачной или старой модели, он вряд ли пересядет на «бензин».
Вячеслав Савич, руководитель станции техобслуживания с профилем «дизельные системы», уверяет, что в последние годы стандартных обращений владельцев авто с этим типом агрегата стало меньше:
— Из практики вижу, что количество отказов моторов стало уменьшаться. Причиной тому — более качественное топливо. Проверки на АЗС стали более серьезными, исчез биодизель, появилось топливо класса Евро-5. За последние восемь лет в стране сделали большой шаг вперед в этом вопросе. Раньше к нам привозили топливную аппаратуру со следами коррозии в рабочих зонах или «склеенными» механизмами, что свидетельствовало о наличии примесей в используемом топливе. На сегодня можно говорить о том, что качество топлива, реализуемого на наших АЗС, позволило уменьшить обращения с такими проблемами в сотни раз. Те, кто отказался от заправки «из канистры», забыли об этой беде. Кто бы что ни говорил, белорусские заправки торгуют топливом, которое не замерзает при минус 20. Не заводятся из-за оставшегося в баке летнего дизеля.
В последнее время стали меньше обращаться из-за поломок, связанных с клапанами регулировки давления топлива, датчиками давления, дозаторами, плунжерными парами, распылителями, запорными клапанами, механическими насосами низкого давления и электрическими топливоподкачивающими устройствами, — до нескольких случаев в месяц, не более того. При этом не буду скрывать, что неисправности в достаточно «свежих» автомобилях таких мировых брендов, как BMW, Audi, Volkswagen, в основном связаны с выходом из строя топливных насосов и впоследствии инжекторов. Причина таких неисправностей чаще всего скрывается в невнимательности автовладельцев. А именно — в езде с недостаточным количеством топлива в баке (ниже минимального уровня). В предыдущих автомобилях не было таких серьезных проблем, связанных с количеством топлива, они более спокойно «относились» к этому рубежу. Сейчас если бак пуст, насос работает без смазки и разрушается, гонит стружку и тем самым выводит из строя остальные компоненты топливной системы. Современные системы требовательны к чистоте.
Бесспорно, дизельные авто стоит покупать при больших пробегах. Современные бензиновые и дизельные двигатели оснащены системами прямого впрыска топлива, что говорит о высокой и равнозначной нагрузке и в тех, и в других. Но при интенсивной эксплуатации и больших пробегах явное преимущество остается на стороне дизельных машин. Из явных плюсов можно отметить показатели среднего расхода топлива на километр пробега, больший крутящий момент и ресурс двигателя. В качестве примера: в автопарке службы доставки нашей компании — автомобили с пробегами в 600—700 тыс. км, и все они оборудованы дизельными моторами. А на днях приехал Volkswagen Crafter (2007 г. в.) с пробегом в 1 млн км. Какая бензиновая машина может похвастаться таким достижением?
Доводов у обеих сторон немало, некоторые мнения весьма категоричны. Откинув все предрассудки, решите, приверженцем каких моторов являетесь вы? Голосуйте и высказывайтесь в комментариях.
Вам будет интересно:
Благодарим компанию Bosch за помощь в подготовке материала
Часть 2. Правда ли, что дизельные лошадки бодрее бензиновых?
В первой части мы рассмотрели влияние мощности и момента на разгон автомобиля и выяснили, что время разгона зависит от соотношения массы автомобиля к мощности, а момент на разгон никак не влияет. Однако в сети довольно часто можно встретить утверждение, что “дизельные лошадки бодрее бензиновых” и что “момент решает”. Давайте разберемся, в чем тут дело.
Мне очень помогла вот эта статья: skoda-kodiaq.ru/forum/viewtopic.php?t=478, подсказав правильный подход к расчетам, что позволило разобраться во всех этих вопросах.
МОМЕНТ И МОЩНОСТЬ
Для начала рассмотрим, как соотносятся момент и мощность. Момент и мощность связаны друг с другом простейшей формулой, где K – это коэффициент размерности (туда выходит число π, перевод минут в секунды и тп):
Из формулы следует два вывода:
1. Более моментный мотор этот тот, у которого более низкие рабочие обороты. Дизельный двигатель менее оборотистый, поэтому при равной мощности момент у него будет выше, чем у бензинового собрата.
2. При помощи коробки передач мы можем сделать сколь угодно большой момент на колесах, просто понизив число оборотов в соответствующее число раз.
И если с первым выводом все понятно, то второй вывод долгое время ставил меня в тупик: если при помощи КПП можно сделать любой момент на колесах, то какая разница какой момент выдает двигатель?
СТРОИМ ГРАФИКИ
Чтобы разобраться с этим давайте возьмем три одинаковых автомобиля, но с разными двигателями:
Skoda Kodiak 1.4 TSI: 150 л.с. и 249 Н*м – бензин
Skoda Kodiak 2.0 TDI: 150 л.с. и 340 Н*м – дизель
Skoda Kodiak 2.0 TSI: 180 л.с. и 320 Н*м – бензин
Как видим, у первого и второго одинаковая мощность, но сильно отличается момент, у третьего самая большая мощность, а момент чуть меньше, чем у второго двигателя. А вот их графики мощности и момента:
Сильно бросается в глаза разница в диапазоне рабочих оборотов: если бензиновые двигатели работают в диапазоне от 1000 до 6000 с лишним оборотов в минуту, то рабочие обороты у дизеля начинаются также от 1000 оборотов, но уже после 4000 происходит резкий спад мощности.
А теперь возьмем передаточные числа коробок передач каждого автомобиля:
Вычислим длину окружности колеса – 2.248 мм (для стандартных шин 235/55 R18 Skoda Kodiak) и построим графики момента на колесах для каждой передачи при той или иной скорости движения:
Графики лишний раз иллюстрируют, почему следует понижать передачу на обгоне: момент на более низкой передаче будет всегда выше, а значит – автомобиль будет более резво разгоняться.
НАХОДИМ ОТВЕТ НА ВОПРОС
А теперь возьмем максимально возможный момент на колесах для каждой скорости и сведем в один график:
Как видно из графика, 2.0 TDI, имея ту же мощность в 150 л.с. что и 1.4 TSI, обеспечивает в полтора раза больший момент в диапазоне от 10 до 30 км/ч, а в диапазоне от 15 до 25 км/ч немного (на 6%) превосходит даже более мощный 2.0 TSI, имеющий мощность 180 л.с!
Поэтому при старте с места в режиме “тапка в пол”, дизельные 150 л.с. на короткий момент времени обеспечат даже более быстрое ускорение, чем бензиновые 180 л.с. Это и есть ответ на вопрос, почему дизельные лошадки воспринимаются более бодрыми, чем бензиновые.
Однако с ростом скорости превосходство исчезает и уже начиная с 40 км/ч дизельные 150 л.с. ведут себя точно также, как бензиновые 150 л.с. А если сравнивать с более мощным бензиновым 2.0 TSI, то он начиная со скорости 25 км/ч имеет безоговорочное преимущество (порядка 25%) во всем диапазоне скоростей. Поэтому если выбирать авто под буксировку прицепа, то бензиновый 2.0 TSI будет более комфортным, чем дизель 2.0 TDI, хотя это и идет вразрез со стереотипами.
ЧТО МЕШАЕТ СДЕЛАТЬ ЛЮБОЙ МОМЕНТ НА КОЛЕСАХ
Остается последний вопрос: если при помощи КПП можно сделать любой момент на колесах, невзирая на момент на валу двигателя, то почему этого не делают? Сделали бы другое передаточное отношение на первой передаче для 1.4 TSI и, вуаля, – получили бы такой же момент как у дизельного 2.0 TDI. Что же мешает так сделать?
А мешает то, что первая передача должна обеспечивать комфортное начало движения автомобиля и разгон до 20-30 км/ч. Никому не нужен автомобиль, у которого первая передача обеспечивает движение в диапазоне от 0,5 до 5 км/ч.
Рабочие обороты рассмотренных двигателей начинаются с одной и той же отметки в 1000 об/мин, а значит, конструкторам приходится для первой передачи использовать схожие передаточные числа. Посмотрите в таблицу передаточных чисел: у всех трех двигателей результирующее передаточное число для первой передачи примерно одно и тоже – порядка 17. Поэтому какой двигатель имеет больший момент, тот и обеспечивает пропорционально больший момент на первой передаче.
Комментарии 16
Хотел утончить:
У Вас в таблице где передаточные числа.
MAIN 1 — главная пара не четных передач
MAIN 2 — главная пара четных передач
Почему тогда значения где третья передача (не четная) умножается на главную пару четную?
На картинке во вложении также отметил другие передачи.
Или в DQ500 ряды по другому идут?
я брал информацию отсюда: skoda-kodiaq.ru/forum/vie…256c38495f55dbd9&start=34 судя по тому что народ намерял, там более хитро главные пары используются
Вначале: момент на разгон никак не влияет
Вконце: Как видно из графика, 2.0 TDI, имея ту же мощность в 150 л.с. что и 1.4 TSI, обеспечивает в полтора раза больший момент в диапазоне от 10 до 30 км/ч, а в диапазоне от 15 до 25 км/ч немного (на 6%) превосходит даже более мощный 2.0 TSI, имеющий мощность 180 л.с!
Поэтому при старте с места в режиме “тапка в пол”, дизельные 150 л.с. на короткий момент времени обеспечат даже более быстрое ускорение, чем бензиновые 180 л.с.
Так влияет момент на разгон или не влияет? )
)))
Подловили хорошо, да ) Но, разумеется, имелся ввиду общепринятый показатель "разгон с 0 до 100 км/ч". На него момент никак не влияет, при прочих равных.
Тут вас подловили не потому, что ваши рассуждения имеют фундаментальную ошибку, а потому, что вы нарисовали графики моментов. А нарисовав графики мощности все бы было еще нагляднее и яснее.
Все таки именно мощность нам отразит более правильную картину, у кого в каждый момент времени больше мощности тот и победил.
И по поводу разгона в первый момент старта, раскручиваем двигатель до максимальной мощности, бросаем сцепление и рывок будет больше у обладателя большей мощности. Конечно с учетом зацепа и живучести трансмиссии)
А так лайк за подход!
Да, согласен с вами: в третьей части у меня как раз графики мощности на колесах и там, действительно, видно более наглядно.
Вместе с тем, вынужден признать, что разгон с места, с холостых оборотов, от величины момента двигателя все же зависит: если взять два двигателя одинаковой мощности и с одинаковым диапазоном обротов, то победит более моментный двигатель: у него просто мощность нарастать будет быстрее. Дойдут руки — напишу работу над ошибками )
Ну а если стартовать "бросая сцепление" или на обгоне — то там разницы не будет, так как двигатель уже будет в зоне максимальной мощности.
"что разгон с места, с холостых оборотов, от величины момента двигателя все же зависит: если взять два двигателя одинаковой мощности и с одинаковым диапазоном обротов, то победит более моментный двигатель: у него просто мощность нарастать будет быстрее." — абсолютно верно.
Нужно не забывать всем, что мощность и крутящий момент они не существуют отдельно друг от друга. И это утверждение можно так же выразить через мощность.
В описанных условиях, победит более мощный двигатель в диапазоне низких оборотов, потому как крутящий момент у него больше в низком диапазоне оборотов.
Все так. Вот накидал график: у "красного" двигателя мощность с ростом оборотов растет быстрее, поэтому и разгон с холостых обротов будет лучше. А так как момент = мощность / обороты, то и момент будет выше.
Вначале: момент на разгон никак не влияет
Вконце: Как видно из графика, 2.0 TDI, имея ту же мощность в 150 л.с. что и 1.4 TSI, обеспечивает в полтора раза больший момент в диапазоне от 10 до 30 км/ч, а в диапазоне от 15 до 25 км/ч немного (на 6%) превосходит даже более мощный 2.0 TSI, имеющий мощность 180 л.с!
Поэтому при старте с места в режиме “тапка в пол”, дизельные 150 л.с. на короткий момент времени обеспечат даже более быстрое ускорение, чем бензиновые 180 л.с.
Так влияет момент на разгон или не влияет? )
Если зацеп есть, то вау эффект от дизеля будет, но не долгим.
все верно, это на графиках как раз хорошо видно.
Вначале: момент на разгон никак не влияет
Вконце: Как видно из графика, 2.0 TDI, имея ту же мощность в 150 л.с. что и 1.4 TSI, обеспечивает в полтора раза больший момент в диапазоне от 10 до 30 км/ч, а в диапазоне от 15 до 25 км/ч немного (на 6%) превосходит даже более мощный 2.0 TSI, имеющий мощность 180 л.с!
Поэтому при старте с места в режиме “тапка в пол”, дизельные 150 л.с. на короткий момент времени обеспечат даже более быстрое ускорение, чем бензиновые 180 л.с.
Так влияет момент на разгон или не влияет? )
Влияет на мощность, которая влияет на разгон.
На самом деле, то, что мощность можно вычислить через момент, вовсе не говорит о том, что мощность — это производная от момента, как многие думают. На самом деле все наоборот )
Если открыть учебник по двигателестроению, то мы увидим, что на этапе проектирования двигателя его мощность рассчитывают через количество топлива, которое будет сожжено в цилиндрах при тех или иных оборотах. Именно сгоревшее топливо дает энергию и определяет мощность, которую затем используют для создания крутящего момента. Причем если момент можно как уменьшать, так и увеличивать посредством КПП, то мощность всегда постоянна (если не учитывать потери): сколько топлива в единицу времени сгорело — столько мощности и получили.
Касаемо первого абзаца. Есть фундаментальные законы физики, которые говорят что для тел вращения мощность=работе (крутящий момент) умноженной на угловую скорость (которая высчитывается из количества оборотов в единицу времени).
Касаемо второго абзаца. Мощность действительно зависит от количества эффективно сожжённого топлива. Потому что Продукты сгорания топлива (газы), совершают работу, и посредством поршня и КШМ тепловая работа преобразуется в механическую (крутящий момент).
Что касается проектировки ДВС-это сложный процесс. И двс не проектируют по расходу топлива на различных оборотах. Действительно закладывается максимальная мощность и требуемый крутящий момент. Под эти характеристики закладываются размеры ЦПГ, КШМ. Естественно они непосредственно связаны с вопросами подачи окислителя в камеру сгорания. Вот здесь самая большая сложность. Именно от него будут зависить все характеристики.
Когда в определённой режимной точке обеспечивается максимальная подача окислителя в цилиндр (в нашем случае воздух), это будет точка максимального крутящего момента. Соответственно при больших или меньших оборотах на обычном атмосферном ДВС наполнение цилиндра снижается и крутящий момент снижается. А теперь рассмотрим что происходит с мощностью. При повышении оборотов двигателя выше точки максимального крутящего момента, последний обычно начинает снижаться, но мы повышаем количество оборотов в единицу времени, и суммарное количество выполненной работы(крутящего момента) в единицу времени (оно же мощность из учебника школьной физики за 7 класс). На определенных оборотах, наполнение цилиндра воздухом резко снижается, соответственно резко снижается крутящий момент. Точка перед резким снижением крутящего момента и есть максимальная мощность. Передаточные числа трансмиссии подбираются приблизительно, чтобы держать двигатель внутри этого диапазона (макс. момент-макс. мощность) но это грубо. Есть там некоторые нюансы.
А дальше, чем шире этот диапазон, тем более тяговитым ощущается двигатель, передачи можно сделать длиннее. Многие слышали про ровную полку момента (это когда максимальный момент держится в широком диапазоне), мощность при этом растёт практически линейно. По ощущениям происходит подрыв с оборотов максимального момента и до максимальной мощности. Машина едет как локомотив. Не знаю как объяснить. Или как электромобиль.
Все значительно проще объясняется, если рассматривать эту ситуацию не со стороны момента, а со стороны мощности:
— Вот у нас произошел взрыв топливной смеси в цилиндре, выделилась энергия, совершила работу по перемещению поршня, а мы при помощи коленвала преобразовали ее в крутящий момент.
— Увеличим оброты в два раза: у нас сгорит в два раза больше топлива, в единицу времени выделится в два раза больше энергии — наша мощность увеличится в два раза.
— А что произойдет с моментом? А ничего: по формуле Момент = Мощность/Обороты он останется прежним — вот вам та самая полка момента о которой вы говорите. Это то состояние, когда мощность растет строго пропорционально оборотам и машина "едет как локомотив"
— Увеличим оброты в три раза (условно), а вот мощность в три раза уже не увеличилась: хуже наполняемость циллиндров, выросли затраты на трение и тд. И поэтому момент по той же формуле — снизился. Мощность с ростом оборотов еще растет, а момент уже падают.
— Если еще дальше увеличивать обороты, то придем к тому, что мощность сперва перестает расти (полка мощности — наиболее выгодный режим для разгона) и мы увидим на графике прямолинейное снижение момента, а затем мощность начнет падать — и кривая момента будет сильнее загибаться вниз.
То есть форма графика момента зависит исключительно от того, как растет мощность при увеличинии оборотов: пропорционально — имеем полку, при росте оборотов выросли потери — момент снижается.
И во главу угла при проектировании двигателя ставят именно мощность. Определяеют рабочий диапазон оборотов и требуемую мощность, исходя из этого рассчитывают необходимый объем циллиндров, чтобы сжечь необходимое количество топлива, ну и далее по списку: параметры камеры сгорания, ход поршня и тд.
Если вообще по простому, то нам интересна площадь фигуры под графиком мощности, от точки максимального крутящего момента до точки максимальной мощности. Чем площадь больше, тем более «эластичный» мотор и при правильно подобранной трансмиссии, автомобиль будет быстрее разгоняться. И во главе угла при проектировании двигателя ставится эта мощность, интеграл. А не максимальная мощность или, как многие думают, максимальный момент. Если кто-то такую дичь про максимальную мощность или максимальный момент будет Вам говорить, плюйте в лицо, кидайте в него камнями.
Что касается графика момента он не зависит от того, как растёт мощность от оборотов. Он зависит исключительно от качества наполнения цилиндров смесью топлива и воздуха. Причём топливо можно опустить, а в большей степени зависит от воздуха, потому что много топлива подать не проблема, а вот с воздухом все сложнее. Что касается наполнения цилиндра здесь уже влияет и размер впускного канала и в большей степени аэродинамика канала, и диаметр клапанов с их формой (опять таки аэродинамика), количество клапанов, диаметр цилиндра, скорость перемещения поршня(зависит от размеров КШМ). Системы принудительного надува. Работа с этими параметрами влияет на наполнение цилиндров топливо воздушной смесью и соответственно количество топливо воздушной смеси в цилиндре влияет на произведённую тепловую работу расширяющимся газом. Которая посредством КШМ преобразуется в механическую работу! Это не квантовая физика! Любой, не тупой как пробка семиклассник, и то это поймёт. Они как раз это все проходят на уроках физики.
А теперь касаемо объема цилиндра, количества цилиндров от нужной мощности.
Возьмём двигатель старичка Зил 130. 8 цилиндров, объём цилиндров 5969 см3, объём одного цилиндра 746 см3 . Максимальная мощность 150лс при 3200 об/мин, максимальный крутящий момент 410нм при 1800 об/мин
Второй мотор от мотоцикла ямаха р1 образца 2000 года. Тоже 4-х тактный, тоже карбюраторный. Цилиндра всего 4, объём цилиндров 998см3, объём одного цилиндра 249,5см3 мощность 150л.с. при 100000об/мин, максимальный момент 108 Нм при 8500об/мин.
И что-то мне подсказывает, что удельный расход топлива у Ямахи будет меньше. А мощность одинаковая.
Вопрос следующий, потянет ли двигатель ямахи зил? С родной трансмиссией вряд ли.
Но, если установить главную пару с передаточным отношением 19,7 и 14 ступенчатую КПП с передаточными числами 9; 7,6; 6,46; 5,49; 4,66; 3,96; 3,36; 2,84; 2,37; 2; 1,7; 1,44; 1,22; 1, то этого мотора должно хватить. Это конечно грубый и пошлый расчёт, но картину проясняет.
1) Если мы говорим про разгон, то нас интересует площадь фигуры, но не той, которую вы описали, а интеграл мощности по времени разгона: чем больше в процессе разгона мы будем иметь максимальную мощность, тем быстрее будет разгоняться автомобиль. И далеко не всегда автомобиль разгоняется в диапазоне от оборотов максимального момента до оборотов максимальной мощности.
Чтобы было понятнее, на картинке примерно изобразил зону оборотов при разгоне на DSG и на вариаторе. Очевидно, что у фигуры для DSG площадь фигуры будет выше, а вот разгон — медленнее, так как не обеспечивается максимальная мощность на всем протяжении разгона. А вот если возьмем интеграл мощности по времени разгона — то все сойдется: интеграл будет выше у CVT.
1а) что во главу угла ставится не максимальная мощность, а совокупность параметров — с этим я полностью согласен.
2) Ну как не зависит, если момент связан с мощностью простейшим отношением: Момент = Мощность / Обороты * Коэфф.размерности ?
Все что вы написали про наполняемость циллиндров влияет в первую очередь на эффективность сгорания топливной смеси — то есть на получаемую энергию в единицу времени, то есть на мощность. А чем меньше мощность, тем меньший момент мы можем сделать на колесах посредством КПП.
3) Если приделать соотвествующую коробку — конечно потянет, чего нет то? Надежность, комфорт эксплуатации и тд — оставляем за скобками.
Бензиновый или дизельный: чьи лошади сильнее?
До сих пор встречаются чудаки, свято верящие в то, будто бы 100 лошадиных сил дизеля соответствуют примерно 140 «бензиновым» силам. Дело, как они полагают, в крутящем моменте, который у дизеля гораздо выше.
Грамотно прояснить ситуацию оказалось не так-то просто. Пришлось то и дело консультироваться в самых различных местах – на ВАЗе и УАЗе, ГАЗе и ЯМЗе. В итоге трактат получил всеобщее «одобрям-с», но автору посоветовали заранее спрятаться от потока помидоров, запущенного недовольными апологетами того или иного двигателя. Мол, будет та же реакция, как если бы спартаковский фанат в своих красно-белых тонах забрался на зенитовскую трибуну…
В общем, разбираемся, чьи силы сильнее. А попутно, чтобы стало веселее, попытаемся ответить на простейший, казалось бы, вопрос:
«Даны два автомобиля, максимально близких по конструкции, – бензиновый и дизельный. Исходные условия: современные моторы одинаковой мощности, идеально подобранные для каждого коробки передач, образцовые водители (почти роботы!), отличное сцепление с дорогой. Какой автомобиль окажется на трассе быстрее?»
Простой вопрос? Оказалось, что не очень…
Лошадиный момент
Для разгона машины нужна энергия. Чем больше энергии можно потратить в единицу времени, тем быстрее машина разгонится. Иными словами, речь идет о мощности. Чем выше мощность, тем быстрее машина: всё, казалось бы, просто. Но…
Но на практике картина другая. Максимальная мощность мотора, как бензинового, так и дизельного, достигается им только при полной подаче топлива – понятно, что это соответствует положению «педаль в пол». А вот основная жизнь автомобиля протекает в режимах частичной подачи топлива, при которых развиваемая мотором мощность явно ниже максимальной.
Напомним, что крутящий момент и мощность – это почти что близнецы-братья, как у Маяковского. Друг без друга они не существуют: ведь мощность – это крутящий момент, помноженный на частоту вращения коленчатого вала. И если на какой-то частоте вращения ДВС способен выдать более высокий крутящий момент, чем его конкурент, то и мощность его в этот момент также должна быть выше. Одно без другого просто немыслимо. Поэтому разговоры о том, что у кого-то при равной мощности момент на тех же оборотах выше, сразу пресекаем: это несерьезно.
Если бы крутящий момент был постоянным во всем диапазоне частот вращения коленвала, то внешняя скоростная характеристика, показывающая зависимость мощности и крутящего момента от частоты вращения, превратилась бы в прямую линию, а мощность была бы прямо пропорциональна показаниям тахометра. Тогда разницы в поведении бензинового и дизельного моторов равной мощности не было бы вообще. Однако именно своеобразность протекания момента по дизельной кривой и породила неодинаковость их поведения.
Дело в том, что в массовом сознании дизельные моторы всегда отличала их способность выдавать относительно высокие значения мощности и крутящего момента на низах. Субъективно это воспринималось так, что в этом диапазоне частот дизель откликался на правую педаль охотнее, чем бензиновый коллега. Даже атмосферные дизели за счет более высокого эффективного давления в цилиндрах могли развить более высокий момент, чем бензиновые. Однако без наддува ширина «полки» крутящего момента была при этом практически такой же, то есть практически отсутствовала. А вот с применением наддува полка сразу появилась, причем в левой части характеристики – «на низах».
На всякий случай напоминаю: момент существует только там, где есть сопротивление – без него он равен нулю. Грубо говоря, мотор бульдозера готов его выдать, но только в том случае, если встретит кучу щебня перед своим отвалом. Поэтому до тех пор, пока дорога гладкая и ровная, бензиновая и дизельная машины будут примерно в равных условиях. Но как только дорога пойдет в гору или, скажем, подует встречный ветер, то машина, у которой в данном диапазоне оборотов есть запас мощности (или момента – это не важно), сможет за его счет выйти вперед.
А если раскрутить бензиновый мотор до более высоких оборотов? Тогда ситуация выровняется. Мало того, поскольку диапазон частот вращения коленвала у «бензинок» заведомо шире, чем у дизелей, то и отыграться за все обиды они могут именно там, «на верхах». Дизель, быстрее достигнув пика мощности, «заткнется» – его ВСХ пойдет на спад, а вот бензиновый мотор будет продолжать раскручиваться дальше, так как пик его мощности достигается при более высоких частотах вращения.
Впрочем, на этом этапе рассуждений мы упираемся в особенности конкретных моторов. Строго говоря, бензиновый двигатель тоже может быть «низовым». И если у двух моторов, низового и верхового, заявленная максимальная мощность одинакова, то поначалу вперед вырвется именно машина с «низовым» мотором. Как справедливо указал один из наиболее грамотных форумчан, при установке на автомобиль движков от «эмочки» и Таврии, мощность которых примерно одинакова, с «эмочным» мотором разгон будет интенсивнее.
У кого шире?
Между прочим, широкая полка момента, которой так любят хвастаться дизелеводы, сегодня уже не является их козырной картой. У бензинового движка с непосредственным впрыском и турбонаддувом она ни в чем не уступает дизельной, а то и превосходит. Более того, как подсказали нам на ЯМЗе, при построениях ВСХ заметно, что по мере снижения частоты вращения турбокомпрессоры «бензинок» держатся дольше, чем их дизельные коллеги. И это объяснимо: дизелю нужно больше воздуха, а потому турбокомпрессоры начинают задыхаться раньше. А с учетом широкого диапазона частот вращения бензиновый мотор вполне может оставить дизель позади.
Пора посмотреть на картинки. Из широкой гаммы вольвовских моторов нам любезно предоставили внешние скоростные характеристики тех, кто имеет воплощение в дизельном и бензиновом вариантах при равных или почти равных заявленных мощностях. Из них видно, что «полка» крутящего момента у бензиновых движков вовсе не уже, а шире, чем у дизельных собратьев по внутреннему сгоранию.
Слева на графиках – ВСХ 190-сильного бензинового мотора B4204T19 (V40 Cross Country, S60). Справа – ВСХ дизельного мотора D4204T5 той же мощности (S60, V 60 Cross Country, S80, XC60, XC70)
Слева показана ВСХ бензинового мотора B4204T36 мощностью 249 л.с. (XC40). Справа – ВСХ дизельного движка D4204T23 в 240 л.с. (Polestar XC60 New, V90 Cross Country, XC90)
Что касается вопроса, какой из автомобилей окажется быстрее в гонках с общего старта и чей разгон динамичнее, то теоретические рассуждения дают только один верный ответ: надо посмотреть на ВСХ их моторов. Решение подсказывает площадь под кривой крутящего момента – математики вспомнят слово «интеграл». Фактически эта площадь и есть мерило динамики машины. Чем характеристика «прямоугольнее», тем лучше. Чем равномернее «размазан» по оборотам крутящий момент, тем проще угодить и экологам, и мотористам. Лучше других выглядят бензиновые моторы с непосредственным впрыском и турбонаддувом, хуже – высокофорсированные безнаддувные «бензинки» с пиком мощности под 8000 об/мин и момента на 6000. Высокофорсированный наддувный дизель будет гораздо ближе к первому варианту, чем ко второму.
Надо отметить, что свою лепту в путаницу вносят «электронные педали газа». На пальцах это выглядит так: вы вдавили педаль в пол, а компьютер начинает советоваться с партией зеленых, оценивая предстоящие выбросы вредностей. Поэтому в любой современной машине всё определяется программным обеспечением и скоростью процессора, который порой может и не поспевать отслеживать меняющиеся условия работы. Можно привести и другой пример по части экологии: современные дизели имеют электронные ограничители времени работы на оборотах максимальной мощности, поскольку в таком режиме дизельный двигатель изрыгает сажу.
Всем, кто имеет свое суждение о превосходствах того или иного двигателя, предлагаю высказаться. Аргументы типа ««Зенит» – чемпион»» прошу не употреблять: хочется услышать технически обоснованную аргументацию.